INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICAUNIDAD AZCAPOTZALCO
“PROYECTO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN PARA CONGELARCAMARÓN EN LA CIUDAD DE CAMPECHE”
TESIS CURRICULAR
QUE PARA OBTENER EL TITUTLO DE
INGENIERO MECÁNICO
P R E S E N T A N
C. ARELLANO MENDOZA JONATHAN
C. ESTRADA ESCOBAR DAVID
C. HERNÁNDEZ MENDOZA FERNANDO
C. SERRANO PEREZ JAVIER
ASESOR: ING. AGUSTIN LOPEZ MALDONADO
ASESOR: DR. GUILLERMO URRIOLAGOITIA SOSA
México D.F. 2009
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INDICE
i
ÍNDICE
Pág.
ObjetivoObjetivo General
Objetivos Particulares
Justificación
Introducción a la refrigeración
Capítulo I Generalidades
1.1 Historia de la refrigeración 21.2 Características del producto 4
1.2.1 Taxonomía 51.2.2 Relevancia como alimento 61.2.3 Hielo-fluido 81.2.4 Aplicaciones 91.2.5 Granjas de camarón 91.2.6 Zonas de pesca de camarón en México 101.2.7 Características geográficas de México 11
1.3 Conceptos fundamentales de termodinámica 16
Capítulo II Marco Teórico
2.1 Descripción del proyecto prospectivo 372.2 Objetivo 382.3 Viabilidad 392.4 Metodología 402.5 Los sistemas de refrigeración, su integración, funcionamiento y aplicación 41
2.5.1 Antecedentes 412.6 Refrigeración por absorción 422.7 Tipos de refrigeración 43
2.7.1 Refrigeración doméstica 442.7.2 Refrigeración comercial 442.7.3 Refrigeración industrial 44
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2.7.4 Aire acondicionado 452.7.5 Refrigeración marina 45
2.8 Sistemas de refrigeración 462.9 Aplicaciones 472.10 Clasificación de los ciclos de refrigeración 482.11 Refrigerantes 492.12 Ventajas y desventajas operacionales de algunos refrigerantes 512.13 Ciclo mecánico de refrigeración por compresión de vapores 522.14 Ciclo de refrigeración por absorción 532.15 Principales mezclas utilizadas en sistemas de refrigeración por absorción. 552.16 Ciclo de Carnot invertido 572.17 Sistemas de compresión de vapor en cascada y en etapas múltiples 59
2.17.1 Ciclo en cascada 592.18 Sistemas de refrigeración ambiental 612.19 Refrigeradores Eléctricos 622.20 Métodos de enfriamiento 632.21 Sistemas de refrigeración indirecta 642.22 Sistemas de refrigeración directo 65
Capítulo III Análisis del Proyecto
3.1 Síntesis del proyecto 683.2 Condiciones de diseño 683.3 Cálculo de carga térmica 70
3.3.1 Por transmisión de calor a través de paredes 703.3.2 Conductancia de la capa superficial de aire 723.3.3 Carga térmica que se transmite a través de una pared compuesta 733.3.4 Coeficiente de conductividad térmica total 743.3.5 Valores del coeficiente específico de conductividad térmica 753.3.6 Carga térmica generada por producto 753.3.7 Carga generada por alumbrado y equipo 793.3.8 Carga térmica generada por infiltración 813.3.9 Carga térmica generada por ocupantes 833.3.10 Carga térmica generada por efecto solar 83
3.4 Método de cálculo 85
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Capítulo IV Cálculo y Selección de Equipo
4.1 Cálculo de un sistema por compresión de vapores 1004.2 Trazo del diagrama Presión – Entalpía (Diagrama de Mollier) 1034.3 Propiedades del refrigerante 1054.4 Rendimiento volumétrico del compresor utilizando R22 y amoniaco 1074.5 Refrigerante 1144.6 Temperatura y presión de condensación del amoniaco y el R22 1154.7 Relación de compresión 1164.8 Selección del R22 para el proyecto 1164.9 Cálculo de los 11 parámetros para el amoniaco y R22 1194.10 Selección de equipos 124
Capitulo V Programa de Mantenimiento
5.1 Mantenimiento 1395.1.1 Objetivos generales 1395.1.2 Objetivos específicos del mantenimiento 139
5.2 Tipos de mantenimiento 1405.2.1 Mantenimiento preventivo 1405.2.2 Mantenimiento predictivo 1405.2.3 Mantenimiento correctivo 141
5.3 Clasificación de las fallas 1415.4 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema 142
5.4.1 Evaporadores 1425.4.2 Unidades condensadoras/evaporadoras 1435.4.3 Posibles fallas del evaporador y su solución 1565.4.4 Posibles fallas de la unidad condensadora y su solución 146
CONCLUSIONES 152ANEXOS 156REFERENCIAS XXX
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Nomenclatura
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Índice de figuras
Capítulo IFigura 1.1 Enfriadora centrífugaFigura 1.2 Clasificación del camarónFigura 1.3 CamarónFigura 1.6 Producción pesqueras en MéxicoFigura 1.7 Estados pesqueros de camarón en MéxicoFigura 1.8 Sistema A,B Y C en equilibrioFigura 1.9 Ley de la conservación de la energíaFigura 1.10 El peso como medida de fuerzaFigura 1.12 SistemaFigura 1.13 PresiónFigura 1.14 Presión AtmosféricaFigura 1.15 Estados de la materiaFigura 1.16 ConducciónFigura 1.17 Convección libre y forzadaFigura 1.18 RadiaciónFigura 1.19 Calor latente de evaporaciónFigura 1.20 RefrigerantesFigura 1.21 Ciclo RankineFigura 1.22 Punto de ebulliciónFigura 1.23 Punto de ebullición
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Figura 1.24 DensidadFigura 1.25 Carta psicrométricaFigura 1.26 Diagrama de Mollier
Capítulo IIFigura 2.1 Mapa del Estado de CampecheFigura 2.2 Refrigerador domésticoFigura 2.3 Refrigerador comercialFigura 2.4 Refrigerador industrialFigura 2.5 Sistema mecánico por compresión de vaporesFigura 2.6 Diagrama P-h del ciclo ideal de refrigeración por compresión mecánica de vaporesFigura 2.7 Ciclo de absorciónFigura 2.8 Sistema de refrigeración Amoniaco-aguaFigura 2.9 Ciclo de Carnot invertidoFigura 2.10 Ciclo en cascadaFigura 2.11 Sistema de refrigeración indirectoFigura 2.12 Sistema de refrigeración directo
Capítulo IVFigura 4.1 Sistema de refrigeración por compresión de vaporesFigura 4.2 Diagrama del recorrido del refrigerante a través del sistemaFigura 4.3 Diagrama de líquidos y vapores Ciclo RankineFigura 4.4 Diagrama Presión EntalpiaFigura 4.5 Diagrama del condensadorFigura 4.6 Diagrama del evaporadorFigura 4.7 Diagrama de una torre de enfriamientoFigura 4.8 Diagrama presión-temperatura para diferentes refrigerantesFigura 4.9 Sistema de refrigeración enfriado por aireFigura 4.10 Diagrama Presión-Entalpia para el amoniacoFigura 4.11 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22Figura 4.12 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22
AnexosFigura A.1 Trazo del diagrama de Mollier para AmoniacoFigura A.2 Trazo del diagrama de Mollier para R-22Figura A.3 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco por computadoraFigura A.4 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 por computadoraFigura A.5 Catalogo de evaporadores BOHNFigura A.6 Catalogo de unidades condensadoras BOHN
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Figura A.7 Puertas para cámaras de refrigeración marca HERCULES
Índice de tablas
Capítulo ITabla 1.1 Tipos de hieloTabla 1.2 Área de la plataforma continental de las costas mexicanas (km2)
Capítulo IVTabla 4.1 Rendimiento volumétrico del compresor para R-22 y AmoniacoTabla 4.2 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22Tabla 4.3 Tabla comparativa de resultados entre Amoniaco y R22
AnexosTabla A.1 Corrección de temperatura por efecto solarTabla A.2 Espacio, peso y densidad para productos almacenadosTabla A.3 Características de productos alimenticiosTabla A.4 Calor disipado por las personas dentro del espacio refrigeradoTabla A.5 Coeficientes de transmisión de calorTabla A.7 Tabla para selección de la caja de almacenamiento del camarón
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Objetivo general:
Diseño y desarrollo de un sistema de refrigeración por compresión de vapores para congelar
camarón.
Objetivos particulares:
- Calculo de los equipos de refrigeración que siga el ciclo de compresión de vapor
- Diseño del espacio para almacenar el camarón
- El almacén debe tener la capacidad de congelar 30 toneladas de camarón
- El cálculo de las propiedades termodinámicas y de transporte del refrigerante
- Selección del refrigerante mas adecuado para el proceso termodinámico
El sistema de refrigeración solo congelara camarón debido a que para efectos de cálculo
utilizaremos las propiedades del mismo considerando las temperaturas críticas de la ciudad de
Campeche por ser zona de temperatura extremosa.
Objetivos
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Debido a que en México se cuentan con bastos litorales de los cuales se pueden obtener
productos para el consumo del ser humano nos parece sumamente interesante desarrollar un
proyecto en el que nos veamos envueltos en el diseño de un sistema de refrigeración por
compresión de vapores para congelar camarón aplicando los conocimientos obtenidos en clase.
Todo esto con el fin de reducir el costo de este alimento debido a que existen muy pocos
sistemas de refrigeración en los litorales de México para la conservación del mismo, por
consiguiente el camarón se encarece al ser poca la cantidad de producto que se puede
conservar para posteriormente transportarse y ser distribuido en las diferentes ciudades del
país.
Por otro lado, con la realización de este proyecto se busca obtener un buen diseño de la
cámara de refrigeración, así como el cálculo de los equipos de refrigeración que nos permitan
congelar el camarón de una manera eficiente, segura pero sobretodo económica, por
consecuencia, la reducción de costos para el abasto de camarón en las principales ciudades de
México.
Justificación
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La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la
del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo
energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la
temperatura de este cuerpo.
La refrigeración implica transferir la energía del cuerpo que pretendemos enfriar a otro, aprovechando
sus propiedades termodinámicas. La temperatura es el reflejo de la cantidad o nivel de energía que
posee el cuerpo, ya que el frío propiamente no existe, los cuerpos solo tienen más o menos energía
térmica. De esta manera enfriar corresponde a retirar Energía (calor) y no debe pensarse en términos
de " producir frío o agregar frío".
Entre otras formas:
Aprovechar diferencias de temperaturas entre el medio receptor y emisor. Transfiriendo el calor por
convección, conducción o Radiación.
Usar un proceso que requiera una aportación externa de energía en forma de trabajo, como el ciclo
de Carnot.
Aprovechar el efecto magneto calórico de los materiales, como en la desimanación adiabática.
Introducción a la refrigeración
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Las aplicaciones de la refrigeración son variadas:
La climatización, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un
edificio. La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el
calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en
medicina o el transporte de alimentos perecederos.
Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para
su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la
producción de energía nuclear.
La crio génesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas, empleada para la licuar algunos gases o
para algunas investigaciones científicas.
Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los
motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito
cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y
la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. el líquido
refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto
de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo
cero.
Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de
refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladro
aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese
deteriorar rápidamente.
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CAPITULO I
GENERALIDADES
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CAPITULO 1 GENERALIDADES
2
1.1 Historia de la refrigeración
La utilización del frío es un proceso conocido ya desde muy antiguo; en el siglo XII los chinos utilizaban
mezclas de salitre con el fin de enfriar agua; los árabes en el siglo XIII utilizaban métodos químicos de
producción de frío mediante mezclas; en los siglos XVI y XVII, investigadores y autores como Boyle,
Faraday (con sus experimentos sobre la vaporización del amoníaco) etc., hacen los primeros intentos
prácticos de producción de frío.
En 1834, Perkins desarrolla su patente de máquina frigorífica de compresión de éter y en 1835 Thilorier
fabrica nieve carbónica por expansión; Tellier construyó la primera máquina de compresión con fines
comerciales, Pictet desarrolla una máquina de compresión de anhídrido sulfuroso, Linde otra de
amoníaco, Linde y Windhausen la de anhídrido carbónico, Vincent la de cloruro de metilo, etc.
En 1902 Willis Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y al encontrarse con los problemas de
la excesiva humidificación del aire enfriado, las del aire acondicionado y desarrolló el concepto de
climatización de verano.
Por esa época un impresor neoyorquino tenía serias dificultades durante el proceso de impresión, que
impedían el comportamiento normal del papel, obteniendo una calidad muy pobre debido a las
variaciones de temperatura, calor y humedad. Carrier diseñó una máquina específica que controlaba la
humedad por medio de tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeración de la historia.
Durante aquellos años, el objetivo principal de Carrier era mejorar el desarrollo del proceso industrial con
máquinas que permitieran el control de la temperatura y la humedad.
En 1915, Carrier y seis amigos reunieron 32.600 dólares y fundaron “La Compañía de Ingeniería
Carrier”, cuyo gran objetivo era garantizar al cliente el control de la temperatura y humedad a través de
la innovación tecnológica y el servicio al cliente.
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CAPITULO 1 GENERALIDADES
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En 1922 Carrier lleva a cabo uno de los logros de mayor impacto en la historia de la industria: “la
enfriadora centrífuga”. Este nuevo sistema de refrigeración se estrenó en 1924 en los grandes
almacenes Hudson de Detroit, en los cuales se instalaron tres enfriadoras centrífugas para enfriar el
sótano y posteriormente el resto de la tienda.
Tal fue el éxito, que inmediatamente se instalaron este tipo de máquinas en hospitales, oficinas,
aeropuertos, fábricas, hoteles y grandes almacenes.
La prueba de fuego llegó en 1925, cuando a la compañía Carrier se le encarga la climatización de un
cine de Nueva York. Se realiza una gran campaña de publicidad que llega rápidamente a los ciudadanos
formándose largas colas en la puerta del cine.
La película que se proyectó aquella noche fue rápidamente olvidada, pero no lo fue la aparición del aire
acondicionado. En 1930, alrededor de 300 cines tenían instalado ya el sistema de aire acondicionado.
A finales de 1920 propietarios de pequeñas empresas quisieron competir con las grandes distribuidoras,
por lo que Carrier empezó a desarrollar maquinas pequeñas.
En 1928 se fabricó un equipo de climatización doméstico que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacía
circular el aire y cuya principal aplicación era la doméstica, pero la Gran Depresión en los Estados
Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares.
Hasta después de la Segunda Guerra Mundial las ventas de equipos domésticos no empezaron a tener
importancia en empresas y hogares.
Hasta la fecha la refrigeración ha sido un campo que aun continúa en desarrollo pues se intenta realizar
sistemas de refrigeración cada vez más eficientes y al menor costo.
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Figura 1.1 Enfriadora centrífuga
1.2 Características del producto
Los productos marinos son altamente perecederos e inician su proceso de descomposición tan pronto
mueren. Sin la adecuada protección, los procesos bacterianos enzimáticos y químicos reducen la vida
útil del producto, causando perdidas y en el último de los casos rechazo por su descomposición. El
proceso de descomposición se acelera por las altas temperaturas, por daños debidos a los golpes,
cortes y por la contaminación. La clave en la preservación de estos productos es el inmediato
enfriamiento después de su recolección a temperaturas ligeramente arriba del punto de congelación y
mantener esa temperatura hasta que de inicio su procesamiento de esta manera se impide la perdida de
sus propiedades. Los camarones, conocido también con los nombres de quisquillas o esquilas, son
crustáceo decápodos marinos o de agua dulces, perteneciente al infraorden de los Caridea, de unos 10
a 15 centímetros de longitud, patas pequeñas, bordes de las mandíbulas fibrosos, cuerpo comprimido,
cola muy prolongada respecto al cuerpo, coraza poco consistente y color grisáceo. Son relativamente
fáciles de encontrar en todo el mundo, tanto en cuerpos de agua dulce como en agua salada. .(I)*.
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Clasificación científicaReino: AnimaliaFilo: ArtrópodaSubfilo: CrustáceaClase: MalacostráceaOrden: DecápodaSuborden: PleoceyemataInfra orden: Caridea
Figura 1.2 Clasificación del camarón
1.2.1 Taxonomía
Pese a que el suborden Caridea de los crustáceos decápodos es el que se asocia habitualmente con los
camarones, todos los crustáceos del suborden Caridea son llamados camarones, aunque existan varias
especies cuyo nombre vulgar es camarón pero que no pertenecen a dicho suborden. También ocurre
que todos los camarones "verdaderos" tiendan a ser clasificados como parte del orden decápodo, junto a
los cangrejos, las langostas y el kril. (II)*.
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1.2.2 Relevancia como alimento
Figura 1.3 Camarón
Los camarones en sus diferentes especies son criaturas relativamente abundantes en los cuerpos de
agua dulce o salada en todo el mundo, lo cual los convierte en un importante recurso pesquero y
alimenticio. Prácticamente cada país posee recetas y formas particulares para preparar y consumir estos
crustáceos. Si existe algún punto en común, es que para consumirlos se procede a su cocimiento y que
es común que se elimine la cabeza, la coraza corporal, las aletas anteriores y posteriores, todas ellas
partes ricas en quitina y por ello indigestas.
También es común que se destripe antes de consumirlo, pues en este grupo de especies los intestinos
son fácilmente reconocibles, aun antes del cocimiento, como una línea oscura que corre
longitudinalmente por la parte alta del cuerpo y cola.
Los métodos tradicionales de enfriamiento y almacenamiento de los productos marinos incluyen el uso
de agua salada fría, hielo y una mezcla de agua hielo.
El agua salada fría proporciona generalmente medios temporales de refrigeración, pero toma demasiado
tiempo llevar la temperatura del pescado hasta el nivel deseado y la concentración de sal siempre es
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una preocupación adicional. El hielo ha sido usado para controlar la temperatura de los productos por
más de un siglo. El calor latente de fusión del hielo (335 kJ/kg) provee una alta capacidad de
enfriamiento. El hielo no sólo mantiene el producto frío, sino también húmedo, brilloso, y además prevé
la deshidratación. El hielo en bloque o hielo en bloque triturado, hielo en tubo, hielo en escamas y hielo
en placa son los tipos de hielo usados por décadas en la acuacultura. Conforme ha incrementado la
demanda por una calidad superior en los productos, son necesarios métodos más avanzados de
preservación para satisfacer las necesidades del mercado que en este caso se hace mas amplio.
Una limitante en el empleo del hielo convencional es la baja velocidad de enfriamiento sin importar que
el hielo se aplique directamente al producto o se mezcle con agua. El proceso de enfriamiento se ve
afectado básicamente por el tamaño de las partículas y la temperatura de distribución de la mezcla
agua-hielo. La tabla muestra diferentes tipos de hielo. Las partículas grandes tienen un área de
transferencia de calor más pequeña y menos uniforme. En consecuencia proveen menos enfriamiento.
Tipo de HieloHielo en bloque tritura
Dimensiones5-10 mm
Hielo en tubo
Hielo en fichaHielo en placaHielo en escamas
d: 50 mml: 40-50 mme: 12 mme: 3-20 mme: 8-16 mme: 1.5-12.5 mm
d = diámetro l = longitud e = espesor
Tabla 1.1 Tipos de Hielo
Formas diferentes de hielo presentan algunos otros retos a resolver, por ejemplo en el caso del hielo en
bloque triturado, hielo en placas presenta formas irregulares con puntas filosas que pueden dañar la piel
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de ciertas especies. Por otro lado el hielo en escamas puede causar congelamiento parcial si se aplica
directamente, esto es debido a su subenfriamiento que sufrió con anterioridad el producto. (III)*
1.2.3 Hielo-fluido
La alternativa al hielo convencional es tener hielo en micro partículas con dimensiones de 0.25 a 0.50
mm, las cuales pueden ser utilizadas ya sea en forma de hielo bombeable o como cristales secos. El
tamaño pequeño de este tipo de hielo resulta en mejor área de transferencia de calor comparado con
otros tipos de hielo para una cantidad determinada. Puede ser empacada dentro de un contenedor hasta
con una densidad de 700 kg/m3, tiene el factor de empacamiento más alto entre todos los tipos de hielo
usados en la industria. Además, la temperatura del hielo es menos subenfriado que el hielo fluido.
El hielo fluido puede ser bombeado al producto directamente del generador o de un tanque almacén. El
hielo fluido cubre el producto sin provocar ningún daño y de manera efectiva previene las bolsas de aire
que son muy comunes en los contenedores llenos con hielo en escamas o hielo triturado.
Los cristales del hielo fluido proveen un enfriamiento más rápido que otros tipos de hielo o mezclas de
hielo-agua. Se ha reportado por la Industria Noruega de la Pesca que el hielo fluido con un contenido de
15 % de hielo puede enfriar 600 kg. de salmón en un tote de 12 a 1ºC en 35 minutos. Pruebas
desarrolladas por el.
Departamento de Industrias pesqueras y de los océanos de Nueva Escocia indican que el hielo fluido
con una concentración de hielo del 30 % podía proporcionar aproximadamente 1.5ºC más abajo en la
temperatura que el hielo en escamas aplicado en bacalao fresco-destripado aplicando así nuevas
técnicas de enfriamiento para la conservación de los productos que son capturados en el mar.
La desventaja del hielo fluido comparado con el resto de los tipos de hielo es el alto costo de la máquina
generadora. Sin embargo las máquinas generadoras de hielo son más compactas, sólo 60 % o menos
del peso y volumen en comparación con otros tipos de generadores. Las máquinas generadoras de hielo
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fluido consumen de 30 % hasta 40 % menos energía que las máquinas generadoras de hielo en
escamas con esto se logra una disminución notable en el consumo de energía que el sistema de
refrigeración proporcionara y que en capítulos posteriores procederemos a calcular .(IV)*
1.2.4 Aplicaciones
El hielo fluido se ha usado en diferentes operaciones de acuacultura, incluyendo enfriamiento y
almacenamiento, distribución y procesamiento (lavado, clasificado, eviscerado y empacado). En la
actualidad se usa en el procesamiento de varias especies incluyendo el camarón y el salmón esto debido
a sus propiedades de conservación para productos pesqueros aplicado ampliamente.
(V)*.
1.2.5 Granjas de Camarón
El control de calidad es especialmente importante cuando el camarón es removido de las aguas de la
granja para su proceso. El método tradicional de empacar el camarón – una capa de hielo se coloca en
el fondo del tótem, una más en medio y una capa final sobre el camarón- frecuentemente resulta dañino
para la carne. Toda la presión es colocada en la capa inferior del camarón, causando que los jugos sean
sueltos en el hielo. El uso del hielo fluido da por resultado grades mejorías. Durante la cosecha, el
camarón cosechado a una temperatura de 24 a 27 ºC puede ser enfriado a una temperatura de -2ºC en
menos de cinco minutos dentro de totes aislados esto debido al equipo que se maneja para este sistema
de enfriamiento.
Los cristales del hielo en la mezcla actúa para suspender el camarón, así se reducen las contusiones y
daños. El almacenamiento y transportación del camarón en estos totes no sólo prevé el daño y mantiene
la frescura, sino también mejora la producción en un 2 % a 3 %. El agua salada en el hielo fluido se ha
usado con éxito en el proceso de maduración del camarón. (VI)*.
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1.2.6 Zonas de pesca de camarón en México
La calidad y vida útil de los productos marinos depende de una adecuada manipulación desde el
momento de la cosecha. Los pasos claves para su preservación son el enfriamiento inmediato cerca del
punto de congelación y evitar los daños en el producto. Las velocidades de enfriamiento aumentan con
la disminución del tamaño de partícula. Los sistemas de hielo fluido utilizan pequeñas partículas de hielo
en una suspensión de agua para maximizar las velocidades de enfriamiento y evitar el daño al producto.
Desde hace varios años, México realiza esfuerzos para resolver este problema, sin embargo, estudios
efectuados para prever los incrementos en la demanda y oferta de los alimentos indican un gran déficit
para los próximos años.
Uno de los programas que han recibido mayor impulso en el país es el "Programa de Desarrollo
Pesquero", por considerarse que los recursos acuáticos pueden ser una fuente importante de alimentos,
así como generar empleos que permitan a la población contar con más dinero para adquirir este tipo de
comida.
La República Mexicana posee 11 592.77 kilómetros de costas, de los cuales 8475.06 corresponden al
litoral del Pacífico y 3 117.71 al del golfo de México y mar Caribe, incluyendo islas; su plataforma
continental es de aproximadamente 394 603 km², siendo mayor en el golfo de México; además cuenta
con 12 500 km² de lagunas costeras y esteros y dispone de 6 500 km² de aguas interiores, como lagos,
lagunas, represas y ríos.
Al establecerse en 1976 el régimen de 200 millas náuticas de "zona económica exclusiva", quedan bajo
jurisdicción nacional 2 946 885 m² de región marina nacional. (VII)*.
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Figura 1.5 Zonas pesqueras de camarón en México
1.2.7 Características geográficas de México.
Por la ubicación geográfica del país, sus aguas ofrecen medios muy diversos para las distintas especies
de organismos acuáticos debido a la variabilidad de climas y de condiciones ecológicas, la cual es
mayor en las aguas marinas; esto permite que en los mares de México se encuentren especies de
climas templado, cálido y frío, de fondo y superficie, costeras y de alta mar, regionales y migratorias, y
de todas las transiciones entre estos tipos extremos.
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La plataforma continental presenta un declive suave y su profundidad normalmente no excede los 200
metros; es una zona de gran riqueza biótica. En el golfo de México alcanza gran extensión frente a
Campeche y Yucatán. (VIII)*.
Tabla 1.2 Área de la plataforma continental de las costas mexicanas (km2)
En general, los ecosistemas de las zonas tropicales se caracterizan porque en ellos vive una gran
diversidad de especies y no se encuentra alguna que domine por su abundancia; esto sucede en las
aguas que bañan las costas mexicanas, lo que ofrece al país ventajas que han permitido establecer
grandes pesquerías comerciales, principalmente en el golfo de California, en la costa occidental de la
península de Baja California, en la sonda de Campeche, así como pesquerías tropicales a lo largo de
todos sus litorales.
En estas aguas se aprovechan 305 especies diferentes, y algunos investigadores han calculado que
existen 1 200 especies posibles de ser capturadas. La utilización de estas especies se ha incrementado
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paulatinamente; en los años 60 a 70 tenían importancia económica solamente 20 especies de peces, 2
de crustáceos y 2 de moluscos; en la actualidad ha aumentado el aprovechamiento de especies de
peces pelágicos y demersales, que llegan a alcanzar más del 50% de la captura total nacional y
diversifican la pesca en cuanto a nuevos recursos.
Las principales especies que forman la captura mexicana son para consumo humano directo; esta
captura se compone de peces óseos, como el guachinango, el mero y el atún; de elasmobranquios: el
tiburón y el cazón; de crustáceos: los camarones y las langostas; y de moluscos: el abulón y el ostión.
Para consumo indirecto están las algas, las anchovetas las sardinas y la fauna de acompañamiento,
entre otras.
Además existen otros recursos potenciales que ofrecen las aguas marinas mexicanas como son peces
de fondo, peces picudos, mejillones y almejas, esponjas, corales, etcétera. De los reptiles como la
tortuga y de los mamíferos como la ballena, se deberá tener cuidado al programar sus pesquerías para
evitar el explotarlos desordenadamente y ponerlos en peligro de extinción.
En los ríos, lagos y represas del país, se localizan especies importantes para la pesca. Se hacen
pesquerías comerciales en los ríos, principalmente en los estados de Tabasco y Veracruz; y en los
lagos en Chapala, Pátzcuaro, Cuitzeo, Zirahuén y Catemaco. Entre las especies de peces utilizadas
están los bagres, el bobo, las carpas, los charales, el pescado blanco, las tilapias y las truchas, además
de almejas, tortugas, cocodrilos, etcétera. La diversidad de especies no representa un obstáculo como
tal, ya que mediante una adecuada flexibilidad en las técnicas de captura, industrialización y
comercialización se pueden obtener ventajas, ampliando el número de organismos que se aprovechen.
Las especies cuya captura se ha incrementado sensiblemente son la sardina, la anchoveta y los
túnidos, y se han desarrollado nuevas pesquerías, como las del calamar, bacalao y merluza, peces
picudos, en las cuales se utilizan nuevos barcos pesqueros, arrastreros y palangreros.
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Gracias al impulso que se le ha dado al "Plan Nacional de Desarrollo Pesquero", la captura se
incrementó notablemente: en 1970 el total capturado fue de 254 000 toneladas; para 1975, de 525 000
toneladas; en 1980, 1 257 148 toneladas; en 1985, de 1 255 888; en 1987,1 464841 toneladas y en
1992, 1 246 425, habiéndose obtenido una tasa anual de crecimiento importante, lo que confirma el
dinamismo de la actividad y ubica al sector pesca como uno de los de más rápido crecimiento en la
economía nacional. La población de pescadores de México es más numerosa y productiva en el
noroeste, es decir, en las costas de Baja California, Sonora, Sinaloa y Nayarit, y es menor en el resto
del litoral del océano Pacífico, en los estados de Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, Oaxaca y
Chiapas.
En el Atlántico, la población es menos numerosa; el mayor número de pescadores se encuentra en los
estados de Tamaulipas, Veracruz y Campeche, y el menor en Tabasco Yucatán y Quintana Roo.
Figura 1.6 Producción pesquera en México
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El sector pesquero en México está integrado por el sector social, el sector privado y el sector público,
que en total forman una población ocupada por 217 212 personas.
Las sociedades cooperativas de producción pesquera que integran el primero de estos sectores tenían
reservadas las ocho especies de mayor valor en la pesca comercial: camarón, langosta, abulón, almeja
pismo, ostión, totoaba, cabrilla y tortuga; y su producción en 1987 fue de 433 353 toneladas.
A partir de 1977 el sector social enfocó sus actividades hacia las especies de consumo popular. En la
actualidad, estas especies ya son manejadas por el sector privado. (XIX)*.
Figura 1.7 Estados pesqueros de camarón en México
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1.3 Conceptos fundamentales de termodinámica
Termodinámica: Es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos
principios fundamentales de la naturaleza, llamados leyes de la termodinámica, varios de los cuales son
básicos para el estudio de la refrigeración.(X)*.
Ley cero de la termodinámica: Cuando los sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una
determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico
definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio térmico de la termodinámica, que afirma que si
son sistemas distintos están en equilibrio termodinámico son un tercero tienen que estar en equilibrio
entre sí. Esta propiedad compartida en equilibrio es la temperatura.(XI)*.
Figura 1.8 Sistema A, B y C en equilibrio térmico
Primer principio de la termodinámica: El primer principio es una ley de conservación de la energía.
Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse –dejando a un lado las posteriores
ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía- la cantidad e energía trasferida a un sistema en
forma de calor mas la cantidad de energía igual al aumento de la energía interna del sistema. El calor y
el trabajo, son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí.(XII)*.
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Figura 1.9 Ley de la Conservación de la energía
Segundo principio de la termodinámica: La segunda ley de la termodinámica da una definición
precisa de una propiedad llamada entropía. La entropía se puede considerar como una medida de lo
próximo o que no se halla un sistema en equilibrio; también se puede considerar como una medida del
desorden (espacial y térmico) del sistema. La segunda Ley afirma que la entropía, o sea, el desorden de
un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una
configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La
naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el caos. (XIII)*.
Entalpia.(Del prefijo en y del griego thalpein calentar), es una magnitud de termodinámica simbolizada
con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida
por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede
intercambiar con su entorno. (XIV)*.
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Entropía: Es una medida de lo próximo o cuando no se halla un sistema de equilibrio. Se utiliza para
algunas tecnologías de cifrado para introducir un grado de aleatoriedad en el proceso de cifrado. Un
valor de entropía que se utiliza con una clave para cifrar datos debe utilizarse también para descifrar
datos. (XV)*.
Fuerza: Es todo aquello que tenga tendencia a iniciar un movimiento de un cuerpo, hacer que cese
dicho movimiento o cambien de dirección. También puede cambiar el tamaño o forma de un cuerpo. La
fuerza más conocida es el peso. El peso es una medida de la fuerza que ejerce la atracción de la
gravedad sobre el mismo. (XVI)*.
Figura 1.10 El peso como medida de fuerza
Temperatura: Es una magnitud escalar que es una propiedad de todos los sistemas termodinámicos en
equilibrio térmico (o sea que no presentan intercambio de calor entre sus partes). En la escala
microscópica, la temperatura se define como el promedio de la energía de los movimientos de una
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partícula individual por grado de libertad. Se refiere a las nociones comunes de calor o frío, por lo
general un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor.(XVII)*.
Figura 1.11 Escalas de temperatura
Materia: Es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo
por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que
forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos.(XVIII)*.
Energía: El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una
capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.
En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.
En tecnología y economía, energía se refiere a un recurso natural y la tecnología asociada para
explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.
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Tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo. (XIX)*.
“Un rayo es una forma de transmisión de energía.”
Sustancia pura: Se denomina sustancia pura (llamada así para distinguirla de una mezcla) aquel
sistema homogéneo que posea un solo componente. Las sustancias puras pueden ser elementos o
compuestos. También se refiere a la unión de uno o más átomos iguales con interacción química, es
decir, que se encuentran enlazados con fuertes lazos químicos, que no es posible separar de manera
física. (XX)*.
Sistema: Un sistema es un conjunto ordenado de elementos interrelacionados e interactuantes entre sí.
Estos conjuntos se denominan módulos. El concepto de sistema tiene dos usos muy diferenciados, que
se refieren respectivamente a los sistemas de conceptos y a los objetos reales más o menos complejos
y dotados de organización. Es el concepto central de la Teoría de sistemas.(XXI)*.
Figura 1.12 Sistema
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Volumen: El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida de volumen
en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el
litro y el mililitro, en el sistema ingles se emplea ft³ (XXII)*.
Figura 1.12 Volumen del cubo unidad = 1 m3
Volumen especifico: El volumen específico (v) es el volumen ocupado por unidad de masa de un
material. Es la inversa de la densidad. Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa.
En el sistema internacional de unidades se expresa como m3 / kg. Ej. (XXIII)*.
Volumen especifico para un gas ideal: Todos los gases a presiones relativamente bajas obedecen a
una ecuación de estado muy simple que da lugar a consecuencias sumamente importantes e igualmente
sencillas. Todo gas que satisfaga la ecuación de estado presión-volumen específico-temperatura de un
gas o mezcla de gases, algunas de las cuales son extremadamente complejas. Sin embargo, solamente
se explicarán algunas de las más importantes.
RTpv
Se denomina gas ideal. En esta expresión p es la presión absoluta en N/m²(Pa), v es el
volumen especifico en m³/Kg, T es la temperatura absoluta en K, y R es la constante de gas en
j/kg k.(XXIV)*
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Masa: La masa puede definirse como la cantidad de materia contenida en un cuerpo. No hay que
confundir ésta con el peso del propio cuerpo, ya que este último varía de un lugar a otro del espacio
según el campo de gravedad en el que se encuentra inmerso. La unidad de medida es kg en el sistema
internacional lb (libras masa) en sistema inglés.(XXV)*.
Presión: Es la fuerza, ejercida por unidad de área. Se puede describir como la medida de la intensidad
de la fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. Siempre que la fuerza se encuentre
distribuida uniformemente sobre un área dada la presión en cualquier punto de la superficie, de contacto
es la misma, y puede calcularse dividendo la fuerza total aplicada entre el área total obre la cual se
aplica la fuerza. Esta relación se aplica con la siguiente ecuación:
P= F/A
P= Presión expresada en unidades de fuerza por unidad de área.
F= Fuerza total expresada en unidades fuerza cualesquiera.
A= Área total expresada en unidades de área cualesquiera. (XXVI)*.
Figura 1.13 Presión
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Presión atmosférica: El aire tiene peso y por consecuencia ejerce una presión sobre la superficie de la
tierra, a esta presión se le conoce como presión atmosférica.
El peso de una columna de aire con una sección trasversal de 1cm2 de la superficie de la tierra a nivel
del mar es de 1.033kg. Por lo tanto a presión de la atmósfera (aire) sobre la superficie a nivel del mar
da como resultado 1.033kg/cm2 o 14.6961b/pul2 entendiendo este valor como la presión atmosféricas
normal a nivel del mar.
En realidad esta presión varía dependiendo entonces de la temperatura, humedad y algunos otros
factores. Un factor trascendente es la altura sobre el nivel del mar, teniendo asó un a relación de que a
mayor altura menor presión atmosférica.(XXVII)*.
Figura 1.14 Presión Atmosférica
Presión manométrica: Es la presión a la que se encuentra un fluido dentro de un recipiente. Esta
presión se lee en el manómetro (XXVIII)*
Presión absoluta: Se entiende como presión total o real de un fluido y esta se da por la suma de la
presión atmosférica más la presión manométrica.(XXIX)*.
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Estado de la materia: La materia puede existir en tres fases o estados de agregación; sólido, líquido y
gaseoso. Muchos materiales, bajo las condiciones de presión y temperatura apropiadas pueden existir
en cualquiera de las formas físicas de la materia. La cantidad de energía que poseen las moléculas de
la materia determina no solo la temperatura sino también el estado físico así como su temperatura.
(XXX)*.
Figura 1.15 Estados de la materia
Calor: Es una forma de energía, por lo tanto se puede convertir en otra forma de energía y
recíprocamente otras formas de energía se pueden convertir en calor. El concepto popular de calor es
que este es la energía interna de un cuerpo pero desde el punto de vista termodinámico, se define como
energía de transición de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperaturas entre
ambos.(XXXI)*.
Conducción: Es el flujo de calor a través de una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre
dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La conducción es una forma de transmisión
de calor eficiente.
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. No se comprende en su
totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en
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parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando exista una diferencia de
temperatura. Esta teoría explica porque los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos
conductores del calor.(XXXII)*.
Figura 1.16 Conducción
Convección: Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi
seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del
fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si
se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido
o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientas
que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento debido exclusivamente a la no
uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural.
La convección forzada se logra sometiendo al fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza
su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.(XXXIII)*.
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Figura 1.17 Convección libre y forzada
Radiación: Es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de radio, un ejemplo de radiación
es la transmisión de energía solar a la Tierra. Existe poca radiación a bajas temperatura, también
cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca
importancia en el proceso de refrigeración. Sin embargo, la radiación al espacio o al producto refrigerado
por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de
refrigeración.
La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La
transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura. (XXXIV)*.
Figura 1.18 Radiación
CALOR ESPECIFICO: Es la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura de la unidad de
masa de un material cualesquiera en un grado.(XXXV)*.
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CALOR SENSIBLE: Cuando el calor absorbido o entregado por un material causa o acompaña un
cambio en la temperatura del material sin un cambio físico. (XXXVI)*.
CALOR LATENTE: Cuando el calor absorbido o entregado por un material produce un cambio físico del
material y no tiene efecto alguno sobre la temperatura del mismo. (XXXVII)*
CALOR TOTAL: Es una condición particular, es la suma de todo el calor sensible y el calor latente
requeridos para llevar un material a esa condición. Comúnmente es conocido como entalpía.(XXXVIII)*.
CALOR LATENTE DE FUSION: Bajo un cambio de estado, la mayoría de las sustancias tendrán un
punto de fusión, en el cual, ellas cambiaran de un sólido a un líquido sin algún incremento de
temperatura.
En este punto, si la sustancia esta en estado líquido y el calor se retira de ella, la sustancia se solidificara
sin un cambio en su temperatura. El calor envuelto en uno u otro de esos (cambio de un sólido a un
líquido, o de un líquido a un sólido), sin un cambio de temperatura se conoce como calor latente de
fusión.(XXXIX)*.
CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN: Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a
líquido se requiere calor latente de vaporación. Puesto que la ebullición es solo un proceso de acelerado
de vaporación, este calor también puede llamarse calor latente o de ebullición, calor latente de
evaporación, o, para el proceso contrario, calor latente condensación. Cuando 1 kilo (1 libra) de agua
hierve o se evapora, absorbe 539 kcal. (970 BTU) a una temperatura constante de 100 ºC (212 ºF) al
nivel del mar, igualmente, para condensar 1 kilo (1 libra) de vapor deben sustraerse 539 kcal. (970BTU).
Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la condensación, la
transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que
afectan al agua se aplican también a cualquier líquido aunque a diferentes presiones y temperaturas.
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La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este calor para condensar
nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica y la transmisión del
calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración.(XL)*.
Figura 1.19 Calor latente de evaporación
CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN: El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a
vapor sin pasar por el estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más común
es el uso del “hielo seco” o sea bióxido de carbono para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con
hielo debajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de congelamiento a
temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos.
El calor latente de sublimación es igual, a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de
evaporación. (XLI)*.
TONELADA DE REFRIGERACIÓN: La tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de
calor latente absorbida por la fusión de una tonelada corta de hielo (sólido puro) en 24 hrs; puesto que el
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calor latente de fusión de 1lb de hielo es de 144BTU, el calor latente de una tonelada (1000 lb) SERÍA
144 x 2000, O SEA, 288000 BTU/DÍA. Por lo tanto el calor equivalente de derretir 2000 lb de hielo a 32
ºF en 24 hrs.
Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre 24 horas, lo cual da una cantidad de 12000
BTU/hora, que a su vez recibe el nombre de tonelada de refrigeración.
Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es de 80 kcal y que una tonelada americana
es igual a 907.185 kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 3.024 Kcal/hora. (XLII)*.
REFRIGERANTE: Son compuestos químicos que son alternativamente comprimidos y condensados a la
fase liquida y luego se les permite expandir vapor o gas cuando son bombeados a través del sistema de
un ciclo de refrigeración mecánica.
Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas
comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica ó
condición muy crítica.(XLIII)*
Figura 1.20 Refrigerantes
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TEMPERATURA DE SATURACIÓN: Saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el
líquido y el vapor pueden existir simultáneamente. Un líquido o vapor esta saturado cuando está en su
punto de ebullición (para el nivel del mar, la temperatura de saturación del agua es de 100 ºC o 212 ºF).
A presiones más altas la temperatura de saturación aumenta, y disminuye a temperaturas más
bajas.(XLIV)*.
VAPOR SOBRECALENTADO: Cuando un líquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor
aumentará su temperatura (calor sensible), siempre y cuando la presión a la que se encuentre expuesto
se mantenga constante. El termino vapor sobrecalentado se emplea para denominar un gas cuya
temperatura se encuentra arriba de su punto de ebullición o saturación. (XLV)*.
Figura 1.21 Ciclo Rankine
LIQUIDOS SUBENFRIADO: Cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de
saturación correspondiente a la presión existente, se dice que se encuentra subenfriado. El agua a
cualquier temperatura por debajo de su temperatura de ebullición (a 100 ºC al nivel del mar) está
subenfriada. (XLVI)*
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PUNTO DE EBULLICIÓN: Es la capacidad de una sustancia para absorber calor latente bajo
condiciones estándar de presión y temperatura (a nivel del mar). (XLVII)*.
En el caso del agua, su punto de ebullición son los 100°C. en ese estado.
Figura 1.22 Punto de ebullición
PUNTO DE FUSIÓN. El punto de fusión se refiere a la temperatura más alta que puede alcanzar un
sólido y una vez que llega a ese nivel su temperatura no puede aumentar más en ese estado, por lo que
cambia de solido a liquido.(XLVIII)*.
Figura 1.23 Punto de ebullición
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DENSIDAD: La densidad de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen y se expresa
normalmente en gramos/centímetros cúbicos (libras por pie cúbico). La densidad del gas puede variar
grandemente con los cambios de presión y temperatura. Por ejemplo el vapor de agua a 3.5 Kg/cm2 (50
PSIA) de presión y 138 ºC (281 ºF) de temperatura es tres veces más pesado que el vapor a 1.03
Kg/cm2 (14.7 PSIA) de presión a 100 ºC (212 ºF).(XLIX)*.
Figura 1.24 Densidad
DENSIDAD RELATIVA: La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una
sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional. La densidad del agua tiene un
valor de 1 kg/l —a las condiciones de 1 atm y 4 °C— equivalente a 1000 kg/m3. Aunque la unidad en el
SI es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3.(L)*.
Carta psicrométrica. La carta psicométrica es la representación grafica de las propiedades de la mezcla
de aire con vapor saturado, con ella se pueden analizar gráficamente las propiedades psicrométricas y
se facilita la solución de diferentes problemas (Diagrama 24). (LI)*.
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Su utilización es básica en el área de acondicionamiento de aire, aunque también tiene aplicaciones
dentro de la refrigeración.
Composición de la carta psicrométrica:
Figura 1.25 Carta psicrométrica
La carta psicométrica muestra la relación entre las propiedades del aire que son:
Temperatura de bulbo seco.
Temperatura de bulbo húmedo.
Temperatura de rocío.
Humedad absoluta ó específica.
% de humedad relativa.
Volumen especifico.
Entalpía ó calor sensible.
Entalpía ó calor latente.
Entalpía ó calor total.
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CAPITULO 1
Flujo másico. En Física, es la diferencial de la masa respecto al tiempo. Esto ocurre dentro de un
sistema termodinámico, cuando, un
Donde:
= Gasto másico
ρ= Densidad del fluido
V = Velocidad del fluido
A = Área del tubo corriente
De otra forma, es la rapidez con que fluye la
por:
Flujo volumétrico: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.
Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad
de tiempo. (LIII)*.
Diagrama de Mollier: Diagrama que muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.
Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una
comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración.
1-2 Evaporador.
2-3 Compresor.
3-4 Condensador.
4-1 Válvula de Expansión
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, es la diferencial de la masa respecto al tiempo. Esto ocurre dentro de un
, cuando, un fluido atraviesa por un área en un tiempo determinado (
con que fluye la masa. El Flujo de masa, de igual forma, se establece
=
: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.
flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad
Diagrama que muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.
Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y
comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración.(LIV)*.
GENERALIDADES
, es la diferencial de la masa respecto al tiempo. Esto ocurre dentro de un
determinado (LII)*.
igual forma, se establece
: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.
flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad
Diagrama que muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.
herramienta valiosa para analizar y
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CAPITULO 1 GENERALIDADES
35
Figura 1.26 Diagrama de Mollier
Efecto refrigerante. Se le llama efecto refrigerante a la cantidad de calor que cada unidad de masa
refrigerante absorbe del espacio refrigerado. Por ejemplo, cuando se derrite una libra de hielo, absorberá
del aire de los alrededores y de los objetos adyacentes una cantidad de calor igual a su calor latente de
fusión. Si el hielo Se funde a 32°F absorberá 144 Btu/lb, de modo que el efecto refrigerante de 1 lb. de
hielo es 144 Btu.(LV)*
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
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CAPITULO 2 MARCO TEORICO
37
2.1 Descripción del proyecto prospectivo
Las necesidades de frío en la mitad sur de México durante todo el año, sobretodo en zonas tropicales,
supone un enorme coste energético, para la obtención del confort deseado en nuestros hogares pero
principalmente en el campo comercial, se estima una media por cámara frigorífica para la conservación
de camarón, del orden de 120 KW/día, que en nuestro país supone una factura eléctrica muy elevada
para este tipo de zonas tropicales todo el año.
Figura 2.1 Mapa del Estado de Campeche
También merece destacar las posibilidades de mejorar el sistema para este tenga una gran capacidad
de congelación de una manera más eficiente, segura pero sobretodo económica.
El desarrollo del proyecto está basado en un sistema que mediante proceso termodinámico permite la
impulsión de fluidos a través de la energía térmica. Esta impulsión de fluidos (refrigerante) nos permitirá
que exista intercambio de calor, y con ello llevar el producto a la temperatura de diseño o requerida. Es
así que nuestro proyecto prospectivo consiste en diseñar una cámara frigorífica. Como este es un
proyecto técnico de diseño donde se necesita el cálculo de los equipos de refrigeración y/o instalaciones
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de refrigeración con lo cual pretendemos conservar en buen estado un producto perecedero (camarón),
llevándolo a un punto de congelación, de acuerdo a la metodología de diseño, incidiendo principalmente
en los criterios de un sistema de refrigeración por compresión de vapores basándonos principalmente en
los conocimientos adquiridos en clase.
2.2 Objetivo general
El estudio detallado de las características y particularidades que se dan en los barcos de pesca revela
que en ellos se requiere la producción de frío para la conservación y/o congelación del camarón. Al ser
muy costoso esto, al llegar a la costa se requieren sistemas de refrigeración y cámaras frigoríficas para
la conservación del mismo.
Conforme a la realización de este proyecto, el objetivo general, es congelar un alimento perecedero para
mantenerlo en buen estado, el cual pueda ser comestible para la comunidad antes mencionada. Además
de que este producto es un alimento muy demandado en el estado de Campeche, en general, en todo el
país.
Para ello, analizaremos y llevaremos a cabo los siguientes puntos:
- Cálculo y selección de un sistema de refrigeración por compresión de vapor.
- Selección de los equipos de refrigeración.
Como hemos visto, los objetivos, no solo incluyen el aspecto de la cámara y el sistema de refrigeración,
también debemos hacer un análisis de sobre la conservación del camarón, para ello tomamos en cuenta
los siguientes puntos:
- Almacenaje de Alimentos en refrigeración.
- Condiciones de almacenamiento.
- Cálculo del tiempo de congelación de alimentos.
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Otro aspecto muy importante a considerar es el diseño de las cámaras frigoríficas, para lo cual haremos
el cálculo y diseño de las mismas considerando los siguientes factores:
- Aislantes. Características y tipos.
- Carga de pre-enfriamiento y enfriamiento.
2.3 Viabilidad
La forma de llevar a cabo este proyecto, es real. Teniendo en cuenta todos los factores que involucran
ha este, de tal manera que el proyecto aquí presentado se puede realizar, construir y calcular, ya sea
para una empresa interesada ó por individuo que lo necesite. Nuestro proyecto será calculado y
diseñado, para armar una cámara, un frigorífico u espacio donde podamos mantener congelado un
producto perecedero, que en este caso es camarón.
Para llevarlo a la realidad no se debe dejar pasar un concepto muy importante el cual es el costo-
beneficio, gastos y otros. Lo que necesitamos es un capital o inversión, la cual nos permita desarrollarlo
de la mejor manera para proporcionar un beneficio a esta comunidad. El análisis del sistema pone de
manifiesto que las posibilidades reales de utilización de estos sistemas es viable. Sin embargo, también
han permitido detectar ciertas deficiencias que requieren ser mejoradas para alcanzar el rendimiento y el
comportamiento óptimo del sistema.
En comparación con otros proyectos que hemos visto en la zona de Campeche, vemos que los sistemas
son pocos, debido a que son muy costosos, entonces con este proyecto realizaremos un sistema de
refrigeración y diseño de cámara que nos permita congelar al menor costo para la distribución en todo el
país y es por eso que el proyecto es viable, solo se necesita cierto capital de inversión que a corto plazo
se amortizará.
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2.4Metodología
Para el proyecto de un sistema de refrigeración para congelar camarón primero tendremos que conocer
factores como la temperatura de congelación del camarón. En base a este dato podremos proponer la
temperatura requerida o de diseño del espacio que en donde estará contenido el camarón.
Otro aspecto muy importante que no debemos olvidar es que diseñaremos el espacio en base a la
temperatura crítica de verano de la ciudad de Campeche.
Una vez bien determinados estos datos procedemos a hacer el cálculo de la carga térmica por los
diferentes conceptos:
I. Carga térmica generada por la transmisión a través de paredes.
II. Carga térmica generada por el producto.
III. Carga térmica generada por alumbrado y equipo.
IV. Carga térmica generada por infiltraciones.
V. Carga térmica generada por ocupantes.
VI. Carga térmica generada por efecto solar.
Para el cálculo de la carga térmica generada por la transmisión a través de paredes debemos conocer el
coeficiente específico de conductividad térmica del material que constituye la pared, así como el tipo de
material que se utilizara y la conductancia de la capa superficial del aire.
Para el cálculo de la carga térmica generada por el producto sabemos que haremos un proceso de
congelación. En el caso de la carga térmica generada por alumbrado, equipo y ocupantes haremos uso
de modelos matemáticos muy sencillos que nos permitirán conocer el valor de esta carga térmica,
Posteriormente, en base al diseño de la cámara o espacio de refrigeración, calcularemos todos los
parámetros por infiltración.
Para este caso necesitaremos conocer algunos parámetros que obtendremos de la carta psicrométrica y
que son:
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1. Temperatura de bulbo seco (Tbs)
2. Temperatura de bulbo húmedo (Tbh)
3. Temperatura de rocío (Tr)
4. Humedad absoluta o especifica (ha)
5. Por ciento de humedad relativa (% HR)
6. Volumen especifico (v/m)
7. Entalpía total o calor especifico (BTu /lbm)
8. Contenido especifico de calor sensible
9. Contenido especifico de calor latente.
No se realizara el cálculo de la carga térmica generada por efecto solar debido a que la cámara
frigorífica se encontrara dentro de una bodega. Así pues, sabiendo la carga térmica que debe generar el
sistema de refrigeración por compresión de vapores, haremos el análisis del sistema porque es
necesario conocer los niveles, de presión, la relación de compresión, el efecto refrigerante, la velocidad
de flujo másico, la potencia del compresor, el coeficiente de rendimiento, la temperatura de descarga del
compresor y el volumen desplazado por el compresor y el desprendimiento de calor en el condensador
para hacer una muy buena selección del equipo. Estos datos nos servirán para poder seleccionar el
refrigerante mas apropiado para utilizar en el sistema, además para saber si utilizaremos un sistema con
subenfriamiento, con sobrecalentamiento o subenfriamiento con sobrecalentamiento, haciendo los
cálculos lo haremos una comparación para saber qué es lo más adecuado.
2.5 Los sistemas de refrigeración, su integración, funcionamiento y aplicación
2.5.1 Antecedentes
El avance en las técnicas de cultivo llevó a la humanidad a la necesidad de conservar sus alimentos y a
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idear métodos para producir frío, uno de los primeros métodos que utilizó fue almacenar trozos de hielo
que traían de montañas y que guardaban en pozos tapados con madera donde ponían sus alimentos.
La primera máquina de refrigeración se patentó en 1834 por Jacob Perkins. Se trataba de una máquina
de absorción que utilizaba éter. Así pues, esta sustancia tendría el privilegio de ser el primer refrigerante
industrial. En 1867 se utilizó el dióxido de carbono (CO2) como refrigerante en la compresión de vapor y
en 1873 se hizo lo mismo con el amoniaco (NH3). En 1928 Thomas Midgley junto a Henne y McNary
identificaron y sintetizaron el diclorodifluorometano, Cl2F2C (R-12), el cual para el uso de la época no
dañaba el ambiente, y no era inflamable. Con esto la refrigeración alcanzó infinidad de aplicaciones. Hoy
en día se busca utilizar refrigerantes que no sean clorofluorocarbonados para evitar el deterioro en la
capa de ozono. (LVI)*
2.6 Refrigeración por absorción
Faraday conocía que el cloruro de plata tiene la capacidad de absorber el amoniaco gaseoso. Expuso
cierta cantidad de cloruro de plata pulverizado al amoniaco gaseoso hasta que absorbió todo el que
podía retener. El polvo cargado de amoniaco se colocó posteriormente en un tubo de ensaye sellado
con forma de V invertida. Cuando se aplicó calor se produjo el desprendimiento de vapores de
amoniaco. Los vapores se enfriaron posteriormente sumergiendo el otro extremo del tubo en un
recipiente con agua fría. El agua sirvió como agente de remoción de calor del amoniaco gaseoso.
Conforme los vapores de amoniaco entraron al extremo enfriado del tubo de ensaye, se formaron gotas
de amoniaco líquido. Una vez eliminada la aplicación de calor y del agua de enfriamiento el amoniaco
líquido comenzó a burbujear y a hervir, regresando de nuevo al estado de vapor, el cual fue absorbido
nuevamente por el cloruro de plata. Cuando Faraday tocó el extremo del tubo de ensaye que contenía
amoniaco líquido encontró que estaba bastante frío. Se había producido la ebullición del líquido sin la
aplicación notable de una fuente de calor. A pesar de lo tosco que pudiera parecer este experimento, en
la actualidad se utilizan los mismos principios en los sistemas de refrigeración por absorción. El francés
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Ferdinand Carré inventó y patentó el sistema de refrigeración por absorción de operación continua, que
patentó en los Estados Unidos de Norteamérica en 1860.
2.7 Tipos de refrigeración
En la actualidad existen 5 tipos de aplicaciones de la refrigeración, los cuales son:
Domestica
Comercial
Industrial
Aire acondicionado
Marina (LVII)*
2.7.1 Refrigeración doméstica.
El campo de la refrigeración doméstica esta limitada principalmente a refrigeradores y congeladores
caseros. Las unidades domésticas generalmente son de tamaños pequeños teniendo
capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y ½ HP. (LVIII)*
Figura 2.2 Refrigerador doméstico
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2.7.2 Refrigeración comercial
La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de
refrigeración del tipo que se tienen en establecimientos comerciales para su venta al menudeo,
restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición,
procesamientos y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todos tipos. (LIX)*.
Figura 2.3 Refrigerador comercial
2.7.3 Refrigeración industrial
La refrigeración industrial a menudo es confundida con la refrigeración comercial porque la división entre
estas dos áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más
grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales, y la característica que las distingue es que se
requiere un empleado para su servicio, que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones
industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas empacado ras de alimentos, cervecerías,
lechería, y plantas industriales, tales como refinerías de petróleo, plantas químicas, etc. (LX)
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Figura 2.4 Refrigerador industrial
2.7.4 Aire acondicionado
El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones físicas y
químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas pasa su
comodidad o bien para realizar procesos industriales. (LXI)*
2.7.5 Refrigeración marina
La refrigeración marina se refiere a la realizada a bordo de embarcaciones de trasporte y cargamento
sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco.
La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un producto, hasta
llevarlo a realizar un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son:
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Enfriamiento
Refrigeración
Congelación
Proceso Criogénico (LXII)*
2.8 Sistemas de refrigeración
Enfriamiento: Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde
+15°C a +2°C (59°F a 35. 6°F). Aun cuando en algunos casos existe una disminución de temperaturas
hasta los 0 °C (32°F), en este proceso nunca se presenta cambio de estado en la sustancia que se
maneja y solamente se elimina calor sensible.
Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que no requieren conservación y la temperatura en
que se encuentran son solo para efectos de gusto.
Como ejemplos tenemos:
Enfriadores de bebidas carbonatadas y agua.
Enfriadores de productos lácteos.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire.(LXIII)*.
Refrigeración: Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente superiores
de los 0°C a -18°C (32°F a -O .4°F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y
lógicamente eliminación de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de productos
llevando a cabo los procedimientos adecuados, se pueden mantener estos productos de 2 semanas
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hasta 1 mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domésticas, comerciales y de
investigación. (LXIV)*.
Congelamiento: Este proceso opera entre -18°C y -40°c (-0.4°F Y -40°F) Y en este proceso también
existe cambio de estado en la sustancia y también se elimina calor latente. No obstante en algunos
casos solo se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en la
transportación. Su principal utilidad es el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de
conservación va desde 1 mes hasta 1 año, dependiendo del producto y que procedimientos se empleen.
(LXV)*.
Criogénico: Es un proceso que opera desde -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero absoluto. Esto
implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta liquido o contiene agua para enfriarlo
posteriormente.
Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas
comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica o
condición muy critica. (LXVI)*.
2.9 Aplicaciones
Las aplicaciones más comunes de la refrigeración son: La conservación de alimentos a diferentes
escalas, que puede ser desde el refrigerador en nuestros hogares hasta grandes cámaras de
refrigeración comerciales e industriales donde los productores de verduras, frutas, la industria de la
pesca y los productores de carne tienen la posibilidad de almacenar sus productos para poder
comercializarlos posteriormente. Así mismo la necesidad de transportar estos productos largas
distancias trajo consigo la necesidad de implementar unidades de transporte capaces de refrigerar. No
menos importante es la conservación de productos médicos como medicamentos, vacunas, y en algunos
casos órganos humanos.
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Los sistemas de clima o aire acondicionado para brindar comodidad en hogares y lugares de trabajo en
zonas donde el clima es extremoso. (LXVII)*.
2.10 Clasificación de los ciclos de refrigeración
Los diferentes ciclos de refrigeración son capaces de trabajar en un amplio rango de temperaturas que
pueden ser desde unos grados por encima de 0º C hasta temperaturas cercanas al cero absoluto y cada
uno de estos ciclos implica diferentes tipos de tecnologías. Podemos hacer una clasificación en base a
sus principios de operación:
a) Ciclos mecánicos.- Compresión mecánica de vapores, compresión mecánica de gases con y sin
producción de trabajo exterior. En estos ciclos se utilizan las propiedades termodinámicas de fluidos y
principalmente de fluidos gaseosos que constituyen el conjunto de ciclos de compresión expansión.
b) Ciclos Termo-mecánicos.- Ciclos Rankine acoplados a ciclos de compresión de vapor, en donde la
potencia suministrada proviene de ciclos de generación de vapor y ciclos de eyecto-compresión en
donde se comprime térmicamente un gas por medio de altas velocidades producidas por un eyecto-
compresor.
c) Ciclos Térmicos.- En estos ciclos se utilizan las propiedades físico-químicas, ligadas a fenómenos
térmicos que se manifiestan mediante la disolución de ciertos sólidos o líquidos en solventes líquidos o
durante la absorción de vapores en absorbentes sólidos o líquidos o durante la adsorción de vapores en
adsorbentes líquidos o sólidos
d) Ciclos termoeléctricos.- En este tipo de ciclos de refrigeración se utilizan las propiedades
termoeléctricas de ciertos sólidos, generalmente de aleaciones metálicas, el enfriamiento producido está
basado en el efecto Peltier.
e) Ciclos electro-magnéticos.- Son ciclos de generación de vapor para la producción de electricidad
acoplados a ciclos de compresión mecánica. (LXVIII)*.
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2.11 Refrigerantes
En la clasificación de los refrigerantes se utiliza el criterio de ASHRAE (American Society for heating,
refrigerating, and Air-Conditioning Engineers) y las indicaciones de la EPA (Environmental Protection
Agency). ASHRAE clasifica los refrigerantes de forma muy general en los tipos siguientes Derivados
halogenados saturados. Proceden del metano, etano y propano por sustitución parcial o total de los
átomos de hidrógeno por átomos de Cl, F. Pueden ser de tipo:
a) Clorofluorocarbonados (CFC). Contienen Cl, F y C en su molécula. Estos refrigerantes dejaron de
utilizarse a finales de 1994 en la UE y a finales de 1995 en el resto de países occidentales debido a que
causan deterioro en la capa de ozono.
b) Hidroclorofluorocarbonados (HCFC). Contienen H, Cl, F y C en su molécula. Dejarán de producirse en
Europa a finales del 2014 y a finales del 2029 en los otros países firmantes del Protocolo de Montreal,
aunque estas fechas pueden verse modificadas por decisión de los organismos competentes.
c) Hidrofluorocarbonados (HFC). Contienen H, F y C en su molécula. Son compuestos que no perjudican
la capa de ozono; poseen un Potencial de Agotamiento de Ozono nulo (ODP por sus siglas en inglés,
pero si contribuyen al calentamiento global.
d) Perfluorocarbonados (PFC). Sólo contienen F y C. El prefijo "per" hace referencia a que el compuesto
tiene el máximo número posible de átomos de flúor. Son compuestos que no perjudican la capa de
ozono, poseen un ODP nulo. Halones. Contienen H, Br, F y C en su molécula. Se denominan
hidrobromofluorocarbonados. Les afecta la misma prohibición que a los que contienen cloro en su
molécula. Derivados halogenados insaturados. Proceden de hidrocarburos insaturados por sustitución
parcial o total de los átomos de hidrógeno por átomos de F, Cl o Br. Un ejemplo de ellos es el R-1140 o
1- cloroeteno.
Mezclas azeotrópicas. Algunas veces se pueden obtener las propiedades deseadas para un tipo
determinado de instalación con un solo fluido frigorífico o refrigerante. Sin embargo, en otras ocasiones
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debe recurrirse a mezclas para obtener un compendio ponderado de las propiedades necesarias. De
esta forma se puede conseguir la eliminación, o al menos la disminución, de aspectos negativos o
perjudiciales. Existen unas mezclas que funcionan como sustancias puras y tienen un punto de
ebullición constante; estas son las llamadas mezclas azeotrópicas. Entre este tipo de refrigerante se
menciona por ejemplo el R-500, el R-502 y el R-503.
Mezclas zeotrópicas. Las mezclas que no son azeotrópicas se llaman zeotrópicas y se caracterizan por
no tener constante la temperatura de ebullición a una presión determinada. Durante el cambio de estado
la temperatura no permanece constante, aumentando en la vaporización y disminuyendo en la
condensación. La diferencia de temperaturas entre la final y la inicial recibe el nombre de deslizamiento
y es un factor fundamental en la evaluación de estas mezclas. Interesa un deslizamiento corto. Si el
deslizamiento es menor de 1 °C la mezcla zeotrópica puede considerarse casi azeotrópica. Las mezclas
zeotrópicas que se consideran actualmente son el R-407A, el R-407B, el R-407C, el R-404A, el R-410A
y el R-410B. A veces a estos frigorígenos se les refiere como la gama de los cuatrocientos.
Hidrocarburos saturados. Algunos hidrocarburos saturados pueden utilizarse directamente como
refrigerantes, otros forman parte de mezclas que se han propuesto como sustitutos de los CFC y HCFC.
Por ejemplo el R-600, butano, es un componente minoritario del R-416A.Hidrocarburos insaturados. Al
igual que en los hidrocarburos saturados, algunos hidrocarburos insaturados pueden también utilizarse
como refrigerantes o formar parte de mezclas propuestas como sustitutos de los CFC y HCFC. Se
menciona por ejemplo el R-1270, o propileno, que es un componente minoritario del R-411B.
Compuestos orgánicos no alquílicos. Entre ellos están el éter etílico, la metil amina, el éter metílico y
algunos más que deben mencionarse debido a su utilización pionera, más que a su utilización actual
puesto que son inflamables y tóxicos.
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Compuestos inorgánicos. Incluye gases simples como O2, N2 y otros, al igual que compuestos
inorgánicos como H2O, NH3, CO2 y otros. (LXIX)*
2.12 Ventajas y desventajas operacionales de algunos refrigerantes.
Refrigerante R-12 (CCl2F2). Es seguro, no tóxico, no inflamable y no explosivo. Es muy estable y no se
descompone aún bajo condiciones extremas de operación. Sin embargo si se pone en contacto con una
flama abierta se descompone en productos muy tóxicos. (LXX)*. Tiene presiones de condensación
moderadas bajo condiciones atmosféricas normales y una temperatura de ebullición de –29.4º C a la
presión atmosférica lo cual lo hace útil para todo tipo de aplicaciones. Por el deterioro de la capa de
ozono su uso ya no es permitido.
Refrigerante R-22 (CHClF2). Se desarrollo para aplicaciones de temperatura bajas, ya que tiene una
temperatura de ebullición de –40.8º C. Debido a que tiene un desplazamiento menor en el compresor se
utiliza muchas veces en lugar de R12.Presiones de operación mayores que para R-12 así como también
la temperatura de descarga del compresor. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es
permitido.(LXXI)*
Refrigerante R-114 (C2F4Cl2). Tiene un punto de ebullición de 3.56º C a condiciones atmosféricas,
bajas presiones de operación. Muy seguro y muy estable. Se usa generalmente con compresores
centrífugos en grandes instalaciones. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es permitido.
(LXXII)*
Refrigerante R-717 (NH3). Aunque el amoniaco es tóxico, inflamable y explosivo bajo ciertas
condiciones, sus propiedades térmicas lo hacen insustituible en plantas de hielo, plantas empacadoras y
grandes bodegas frigoríficas en donde se cuente con personal capacitado. El amoniaco tiene un punto
de ebullición a presión atmosférica de –33.34º C. Aunque el amoniaco no es corrosivo a todos los
metales comunes, en presencia de humedad corroe a los metales no ferrosos tales como el cobre y sus
aleaciones.(LXXIII)*
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Refrigerante R-134a (C2H2F4). Este refrigerante es similar termodinámicamente al R-12 pero no
contiene cloro y por lo tanto no daña la capa de ozono. Su desventaja más evidente es su alto costo
comparado con el amoniaco. Los hidrocarburos propano (R-290) e isobutano (R-600a) han sido usados
y fuera del peligro de flamabilidad tienen excelentes propiedades que los hacen candidatos a sustituir a
los CFC. (LXXIV)*
2.13 Ciclo mecánico de refrigeración por compresión de vapores
La figura ilustra de manera esquemática los principales componentes de un sistema de refrigeración por
compresión de vapores. (LXXV)*.
Figura 2.5 Sistema mecánico por compresión de vapores
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El refrigerante líquido a alta presión que proviene del condensador pasa a través de una válvula de
expansión donde disminuye su presión hasta el nivel de baja presión para entrar al evaporador donde
gana calor QEV a una temperatura TEV hasta evaporarse, el vapor de refrigerante a baja presión
entrará a un compresor donde se suministra trabajo mecánico para elevar su presión y su temperatura,
la descarga del compresor ingresa al condensador donde el vapor de refrigerante a alta presión y alta
temperatura perderá calor QCO a una temperatura TCO hasta condensarse para pasar nuevamente por
la válvula de expansión y repetir el ciclo, la figura describe el ciclo en un diagrama P-H. (LXXVI)*
Figura 2.6 Diagrama P-h del ciclo ideal de refrigeración por compresión mecánica de vapores
2.14 Ciclo de refrigeración por absorción
El refrigerante líquido a alta presión que proviene del condensador pasa a través de una válvula de
expansión la cual reduce su presión al nivel de baja presión para pasar por el evaporador donde gana
calor QEV a una temperatura TEV el vapor de baja presión resultante entra al absorbedor donde es
absorbido por una solución débil proveniente del generador a través de una válvula de expansión y
formando una solución fuerte, durante este proceso pierde una cantidad de calor QAB a una
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temperatura TAB. La solución fuerte es bombeada al nivel de presión alto para entrar en el generador
donde el refrigerante será separado del absorbente al aplicar un calor QGE a una temperatura TGE, la
solución débil será enviada de regreso al absorbedor pasando por la válvula de expansión para
disminuir su presión al nivel bajo; por otro lado el gas refrigerante a presión y temperatura altas es
enviado al condensador donde perderá calor QCO a una temperatura TCO, el refrigerante al ser
condensado es enviado nuevamente a través de la válvula de expansión para hacer nuevamente el
ciclo. Los sistemas de absorción emplean energía calorífica para producir un, efecto de refrigeración.En
estos sistemas, el refrigerante, o sea el agua, absorbe el calor a baja temperatura y presión altas
durante la condensación. Una solución conocida como absorbente, esto es, el Bromuro de Litio (LiBr) es
utilizada para absorber el refrigerante evaporado tras su evaporación a baja presión. Esta solución, que
contiene el vapor absorbido, es calentada a una presión más elevada.
El refrigerante se evapora y se restablece la concentración original de la solución para utilizarla de
nuevo. En una máquina de doble efecto de absorción, parte del calor latente condensación de la
refrigerante se utiliza en un generador de segundo estadio con el fin de incrementar la eficiencia del
proceso. Se dice que el refrigerante ha completado el ciclo de refrigeración cuando ha pasado por una
secuencia de evaporación, absorción, presurización, vaporización, condensación y procesos de
compresión y expansión, absorbiendo calor de una fuente calorífica a baja temperatura y soltándolo en
un tanque de alta temperatura, de manera que se restablece su estado original.
Tanto en el sistema de enfriamiento por absorción como de compresión, están basados en cambios de
estado del agente frigorífico.
Ambos sistemas tienen condensador, vaporizador y el medio necesario para crear la presión necesaria
que motive la condensación tal como un compresor o una fuente que produzca calor.
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Los sistemas de absorción emplean energía calorífica para producir un, efecto de refrigeración. En estos
sistemas, el refrigerante, o sea el agua, absorbe el calor a baja temperatura y presión altas durante la
condensación. (LXXVII)*
Figura 2.7 Ciclo de absorción
2.15 Principales mezclas utilizadas en sistemas de refrigeración por absorción.
Amoniaco-agua. Es el par más conocido, donde el amoniaco es el refrigerante y el agua es el
absorbente. Tiene gran variedad de aplicaciones desde refrigeradores comerciales hasta sistemas de
acondicionamiento de aire. La gran ventaja del amoniaco es su calor latente de vaporización alto y
valores grandes de entalpía por unidad de volumen, lo que permite hacer equipos compactos, aunque
como ya se describió anteriormente el amoniaco puede ser peligroso aun en esta mezcla si no se toman
las medidas de seguridad necesarias.
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Figura 2.8 Sistema de refrigeración Amoniaco-agua
Agua-Bromuro de Litio. Tiene la tecnología más avanzada. El refrigerante es el agua y el absorbente el
bromuro de litio, el agua tiene el calor latente de vaporización más alto de todos los líquidos, una
temperatura crítica alta pero la desventaja de una presión de vapor relativamente baja por lo que se
necesitan equipos voluminosos.
El bromuro de litio solo es soluble en agua sobre un rango grande de concentraciones además de que
no es posible operar por debajo de 0º C y el bromuro de litio es muy corrosivo.
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Agua-Sales inorgánicas. Se han propuesto una serie de absorbentes sustitutos del bromuro de litio
debido a su alto efecto corrosivo, pero hay poca disponibilidad y tienen un alto costo.
Algunas sales consideradas son el cloruro de calcio, cloruro de litio y el nitrato de litio. Las sales son
excelentes debido a que esencialmente no tienen presión de vapor, sin embargo solo son miscibles con
agua sobre un rango limitado de concentraciones.
Alcohol-Agua. Las soluciones de sales en metanol y etanol producen desviaciones negativas de la ley de
Raoult, se ha utilizado metanol-bromuro de litio.
Tiene la ventaja sobre el agua-bromuro de litio que puede operar por debajo de los 0º C. Sin embargo, el
metanol es tóxico, inflamable y presenta problemas de corrosión a altas temperaturas.
Amoniaco y Aminas-con sales. Algunas sales que se utilizan con el amoniaco son el tiocianato de sodio,
tiocianato de litio, nitrato de litio y cloruro de calcio.
Las aminas se han investigado como sustitutas del amoniaco, las aminas consideradas son la
metilamina, etilamina y dimetilamina.
Fluorocarbonos-líquidos orgánicos. Los fluorocarbonos utilizados en sistemas por compresión mecánica
de vapor son obviamente excelentes refrigerantes y se les ha estudiado para utilizarse en sistemas de
absorción. (LXXVIII)*
2.16 Ciclo de Carnot invertido
En el estudio de dispositivos cíclicos que operan con el propósito de eliminar calor en forma continua de
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una fuente de temperatura baja, es útil recordar el ciclo de CARNOT invertido. Si observamos el
diagrama de un motor de CARNOT invertido que opera como bomba de calor o refrigerador; la cantidad
de calor QB se transfiere reversiblemente desde una fuente a temperatura baja TB, hacia el motor
térmico invertido.
Figura 2.9 Ciclo de Carnot invertido
Este último opera a través de un ciclo durante el cual se suministra el trabajo neto W al motor y la
cantidad de calor QA se transfiere en forma reversible a un sumidero a temperatura alta TA. Aplicando la
primera ley para un proceso cíclico cerrado, se tiene QB+W=QA. Según la segunda ley para un proceso
totalmente reversible, TA/TB=QA/QB. El motor térmico de CARNOT invertido es útil como estándar de
comparación ya que requiere del mínimo de trabaja para un efecto de refrigeración deseado entre dos
cuerpos dados de temperatura fija. En vez de la eficiencia térmica, que se toma como criterio en el
análisis de las máquinas térmicas, el estándar para la eficiencia de la energía en los procesos de
refrigeración es el coeficiente de operación. Un estándar de operación se define comúnmente como el
cociente de lo que se desea entre lo que debemos dar. El objetivo de un refrigerador es el extraer el
calor de una región que se halla a baja temperatura a fin de mantener esta en un valor deseado. Por
tanto el coeficiente de operación (COP) de un refrigerador se define como:
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COPREFRIGERACION = QB / W IN (ec 1.)
Las áreas bajo las líneas de TA y TB en el diagrama TS representan a QA y QB, respectivamente así
para un refrigerador de CARNOT:
COPREFI CARNOT = TB / (TA-TB) (ec 2.)
Es de notar que el valor del COP puede ser mayor a uno, debe ser así en un aparato bien diseñado. Se
observa también que la variable principal que controla el COP de un refrigerador de CARNOT es la
diferencia de temperaturas TA-TB. En un motor térmico de CARNOT, el rendimiento se mejora
aumentando TA y disminuyendo TB, lo inverso es cierto para el refrigerador de CARNOT, en el sentido
que TA debe ser tan baja como sea posible y TB debe ser tan alta como se pueda. Sin embargo, TA no
puede ser menor que la temperatura del ambiente a la cual se expulsa el calor, y TB no puede ser mayor
que la temperatura de la región fría de la que se extrae calor. (LXXIX)*.
2.17 Sistemas de compresión de vapor en cascada y en etapas múltiples
Existen dos variaciones del ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor. La primera es el ciclo
en cascada, el cual permite el empleo de un ciclo de compresión d vapor cuando la diferencia de
temperaturas entre el evaporador y el condensador es muy grande. La segunda variación incluye el uso
de compresión en tapas múltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresión. (LXXX)*
2.17.1 Ciclo en cascada
Existe discusión acerca de los métodos para obtener temperaturas extremadamente bajas (criogénicas)
mediante una combinación de compresión de vapor y estrangulamiento. Esos métodos son valiosos e
indispensables para la licuefacción y solidificación de los gases. No obstante, existen aplicaciones
industriales que exigen temperaturas solo moderadamente bajas, por lo que se necesitan sistemas
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menos complicados. Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de -25
a -75 ºC (-10 a -100 ºF). En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresión de
vapor para obtener estas temperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre el
condensador y el evaporador es en este caso muy grande. En consecuencia, la variación de la
temperatura de saturación con respecto a la presión de vapor de un solo refrigerante no cumpliría con los
valores deseados par el evaporador y el condensador. Para superar esta dificultad sin abandonar la
compresión de vapor, emplea un sistema en cascada. Un ciclo en cascada es simplemente una
disposición en serie de ciclos simples de compresión de vapor, de tal manera que el condensador de un
ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a temperatura superior. Normalmente
se utiliza un refrigerante distinto en cada uno de los ciclos, con el objeto de satisfacer los requisitos de
cada intervalo de temperatura y presión. Al elegir los dos refrigerantes en la figura 5, por ejemplo, es
importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea menor que la temperatura
crítica del fluido en el ciclo A. A pesar de no ser la práctica común, como se hizo ya la observación, el
empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema. En general los
gastos másicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales o
distintos. El gasto másico esta determinado por las toneladas de refrigeración requeridas en el
refrigerador del ciclo A. Además la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A
debe ser igual a la rapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el
intercambiador de calor de todo el conjunto está bien aislado. Un balance de energía para el
intercambiador de calor que liga el condensador con el evaporador revela que por tanto, el cociente de
los gastos másicos en cada ciclo está determinado por los cambios de entalpía de cada fluido a su paso
por el intercambiador de calor. Si fuese posible emplear un solo ciclo de refrigeración en todo el intervalo
de temperaturas. El diagrama Ts hace evidente dos hechos importantes. En primer lugar, para el ciclo
único el trabajo del compresor aumenta en una cantidad igual al área, en comparación con el del sistema
en cascada. En segundo lugar, hay una disminución en la capacidad de refrigeración, cuando se utiliza
una sola unidad para el mismo gasto másico del evaporador de temperatura baja. Esta pérdida se
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representa mediante un área en el diagrama Ts. Estos dos hechos darían por resultado un COP mayor
par el sistema en cascada en comparación con el del ciclo individual. (LXXXI)*.
Figura 2.10 Ciclo en cascada
2.18 Sistemas de refrigeración ambiental
Se utilizan para bajar la temperatura de los ambientes habitables. Puede hacerse con aparatos
unitarios (llamados de ventana) que sirven para un solo local, aparatos partidos (split), en los que hay
un aparato que contiene el compresor, el condensador y la válvula, y que se sitúa en un lugar donde el
ruido del compresor no moleste y pueda disipar fácilmente el calor, y otro, u otros, aparato/s con un
evaporador y un ventilador, situado en los locales a enfriar. (LXXXII)*.
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2.19 Refrigeradores Eléctricos
En 1784 William Cullen construye la primera máquina para enfriar, pero hasta 1927 no se fabrican los
primeros refrigeradores domésticos (de General Electric). Cuatro años más tarde, Thomas Midgley
descubre el freón, que por sus propiedades ha sido desde entonces muy empleado en máquinas de
enfriamiento como equipos de aire acondicionado y refrigeradores, tanto a escala industrial como
doméstica. Sin embargo, estos compuestos también conocidos como clorofluorocarburos (CFC), se han
demostrado los principales causantes de la destrucción en la capa de ozono, produciendo el agujero
detectado en la Antártida, por lo que en 1987 se firma el Protocolo de Montreal para restringir el uso de
estos compuestos.
Características: Pueden tener un solo compartimento, que puede ser de refrigeración o congelación, o
puede tener los dos. Los frigoríficos con dos compartimentos fueron introducidos al público por General
Electric en 1939. Algunos refrigeradores están divididos en cuatro zonas para el almacenamiento de
diferentes tipos de comida:
**** -30°C ó -22°F (congelador, para congelar)
*** -20ºC ó -4ºF (congelador, mantener)
** 0°C ó 32°F frigorífico (carnes)
* 4°C ó 40°F (frigorífico)
10°C ó 50°F (vegetales y otros productos varios)
La capacidad del refrigerador se acostumbra a medir en litros.
Las posibilidades de los refrigeradores más recientes se han ampliado notablemente; pueden tener:
Una pantalla de cristal líquido que sugiere qué tipos de comida deberían almacenarse a qué
temperaturas y la fecha de expiración de los productos almacenados.
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Indicador de las condiciones del filtro que sugiere cuándo es tiempo de cambiarlo.
Una advertencia de apagón, alertando al usuario sobre el apagón, usualmente al parpadear la
pantalla que muestra la temperatura. Puede mostrar la temperatura máxima alcanzada durante el
apagón, junto con información sobre si la comida congelada se descongeló o si puede traer
bacterias dañinas.
El reciclado de los refrigeradores viejos ha sido una preocupación ecológica; originalmente por el
congelante de freón que dañaba la atmósfera en caso de fuga, pero más tarde por la destrucción
del aislamiento CFC. Los refrigeradores modernos usan un refrigerante llamado HFC-134a 1,2,2,2-
tetrafluoretano) en lugar del freón, que no daña al ozono.
Un frigorífico o cámara frigorífica es una instalación industrial estatal o privada en la cual se sacrifican
animales de granja para su posterior procesamiento (despostado), almacenamiento y comercialización
como carne u otra clase de productos de origen animal.
La localización, operación y los procesos utilizados varían de acuerdo a una serie de factores tales como
la proximidad del productor, la logística, la salud pública y hasta preceptos religiosos. Más
recientemente, se llevaron a cabo distintas medidas en pro de los derechos de los animales con el
objeto de hacer modificaciones para disminuir la crueldad hacia el animal. Los problemas de
contaminación por desechos también deben ser evitados a través de un correcto planeamiento y
equipamientos adecuados. (LXXXIII)*.
2.20 Métodos de enfriamiento
Los métodos más antiguos para enfriar son la evaporación, como en el caso del botijo (proceso
adiabático); o la utilización del hielo o la nieve naturales. Para la preparación de refrescos o agua fría, se
bajaba nieve de las montañas cercanas (a menudo por las noches) que se guardaba en pozos y, en las
casas, en armarios aislados, que por esa razón se llamaban neveras.
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Más tarde se consiguió el enfriamiento artificial mediante los métodos de compresión y de absorción.
El método por compresión es el más utilizado, sin embargo el método por absorción solo se suele utilizar
cuando hay una fuente de calor residual o barato como en la trigeneración.
Otros métodos son mediante un par termoeléctrico que genera una diferencia de temperatura; mediante
una sustancia fría, como antiguamente el hielo y hoy en día la criogenia, con nitrógeno líquido o mezcla
de sustancias, como sal común y hielo.
Otra posibilidad, aún en investigación y sin aplicación comercial, es utilizar el efecto magnetocalórico.
Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para producir calor, para crear diferencias
de calor, se requiere energía. A veces se llama refrigeración simplemente a mejorar la disipación de
calor, como en la refrigeración de los motores térmicos, o simplemente la ventilación forzada para
sustituir aire caliente por aire más fresco. (LXXXIV)*.
2.21Sistemas de refrigeración indirecta
Hay dos motivos para utilizar un sistema de refrigeración indirecto. El primero, la cantidad de refrigerante
que se puede mantener a un mínimo. El segundo, el riesgo de fuga del refrigerante de primario se ve
reducido. Esto significa que los refrigerantes no deseados en los sistemas de edificios públicos (por
ejemplo, el amoníaco) aún se pueden utilizar en el sistema primario, que se puede mantener en una sala
sellada segura. Utilizar un CBE como evaporador y condensador en un sistema de refrigeración dará
como resultado el sistema de refrigeración más eficaz y compacto disponible. El uso de fluidos
secundarios (agua o salmuera) como portadores para el frío y el calor hará que el tamaño del sistema y
la carga de refrigerante se reduzcan a un mínimo absoluto. No se necesita un condensador volumétrico
de serpentín adyacente al sistema refrigerante, lo que reduce el problema del ruido. En su lugar, el fluido
secundario se puede desviar fácilmente del sistema y enfriar a una distancia conveniente en un enfriador
en seco. Además, se evita el problema de transportar refrigerante durante una larga distancia. Un buen
ejemplo de sistemas de refrigeración indirectos se ve en un supermercado. Todo el efecto refrigerante
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requerido se produce en la sala de máquinas, lejos de las vitrinas, lo que proporciona una alta
flexibilidad y un menor riesgo de fugas. Un sistema de recuperación de calor, situado también en la sala
de máquinas, proporciona calor para el supermercado cuando lo necesita.
Figura 2.11 Sistema de refrigeración indirecto
Como se menciona en la sección sobre sistemas de refrigeración, el uso de intercambiadores de calor
de doble circuito, como los modelos SWEP True Dual (Duales verdaderos de SWEP), resulta ventajoso,
ya que los circuitos de refrigeración independientes aumentan la seguridad y disponibilidad de la
refrigeración. Este aspecto puede ser importante para los supermercados, por ejemplo, donde el valor
total de los alimentos refrigerados o congelados podría alcanzar niveles significativos. En el caso de un
sistema de refrigeración indirecto. (LXXXV)*.
2.22 Sistemas de refrigeración directo
Sistema de refrigeración sin circuitos auxiliares, estando el evaporador del circuito primario directamente
en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.
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En un sistema directo hay un solo intercambiador de calor donde el refrigerante enfría el fluido del
proceso. Es decir, es el sistema en donde esta colocado el evaporador precisamente en el espacio o
cuerpo a enfriar. (LXXXVI)*
Figura 2.12 Sistema de refrigeración directo
Algunas características importantes de este proceso son:
• Mayor eficiencia energética.
• Menores pérdidas.
• Instalación más sencilla y económica
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CAPITULO III
ANÁLISIS DEL
PROYECTO
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3.1 Síntesis del proyecto
En este proyecto se desarrolla el cálculo de un espacio frio para refrigerar camarón que estará ubicado
en la ciudad de Campeche, Campeche.
Hasta ahora hemos descrito los conceptos básicos de la termodinámica y los sistemas de refrigeración,
así como los refrigerantes que podemos utilizar para llevar a cabo el proyecto.
Es así, que, para este tercer capítulo entramos a la realización de la memoria de calculo que nos
permitirá hacer una muy buena selección de equipos que nos permitirán operar el producto de una
manera eficiente, económica y segura.
3.2 Condiciones de diseño
Lugar: Campeche, Campeche
Dimensiones de la cámara (espacio frio):
Largo: 5.6 m = 18.37 ft
Ancho: 4.5 m = 14.76 ft
Alto: 2.4 m = 7.87 ft
Temperaturas exteriores:
TEXT VER = 29.6 OC = 85.28 OF
TROCIO = 21 OC = 69.8 OF
Altitud = Nivel del mar
Humedad relativa = 78%
Aislamiento térmico: Paneles de poliuretano
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Producto: camarón congelado
Cantidad de producto = 500 kg/sem
Temperatura de entrada del producto a la cámara = 2 oC =35.6 oF
Temperatura de almacenamiento = -23.33 oC = -10 oF
Temperatura de congelación del camarón = -2.22 oC = 28 oF
Calor especifico arriba del punto de congelación CpA: 0.83 Btu/lb °F
Calor especifico abajo del punto de congelación CpB: 0.45 Btu/lb °F
Calor latente de fusión HL FUSIÓN: 119 Btu/lb
Capacidad de almacenaje = 2000 kg = 4409.24 lb
Flujo diario de producto = 83.33 kg/hr = 183.7185 lb/hr
Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica = 24 hr
Numero de personas que trabajan dentro de la cámara = 3
ECPP = 1400 BTU/ hr
Motor eléctrico dentro de la cámara = 1 motores de 0.999 hp (746 Watts c/u)
Capacidad de la lámpara = 200 Watts
Volumen de almacenamiento = 60.48 m3 = 2133.88 ft3
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3.3 Calculo de la carga térmica
Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance térmico, que
consiste en los cálculos que se realizan con el objeto de conocer la cantidad de calor que se debe
absorber de la sustancia, cuerpo o espacio en el evaporador para que baje su temperatura en ciertas
condiciones especificas.
Debido a la constitución y manejo de la sustancia o producto, el calor que hay que eliminarle a este se
ve incrementado por otra serie de factores que en algunas ocasiones resultan incluso más altos que el
propio calor del producto o sustancia.
El objeto del balance térmico es identificar estas cantidades de energía, determinarlas y finalmente
analizarlas con el objeto de bajar su valor a una mínima expresión.
En general se puede decir que se refiere a las siguientes cargas térmicas:
I. Carga térmica generada por la transmisión a través de paredes.
II. Carga térmica generada por el producto.
III. Carga térmica generada por alumbrado y equipo.
IV. Carga térmica generada por infiltraciones.
V. Carga térmica generada por ocupantes.
VI. Carga térmica generada por efecto solar.
3.3.1 Carga térmica generada por la transmisión de calor a través de paredes
Este concepto se calcula con la expresión general:
Q = AU∆T Btu/HR
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En el caso particular de la refrigeración, las paredes deben de llevar una capa de aislante térmico de 2 a
3 plg. De espesor, la cual puede ser de corcho, paja de vidrio, poliuretano aspirado, etc. De muy bajo
coeficiente de conductividad térmica.
Todo elemento que separa dos masas de fluidos a diferentes temperaturas esta sujeto a un paso de
calor que va desde el más caliente hacia él mas frío, y si el medio que los separa es de material
homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento, según una recta como la
mostrada en el dibujo siguiente.
La cantidad de calor que fluye a través de una pared de espesor “e” se calcula de la siguiente manera:
Q =eA
(T1 – T2) K (Btu/HR)
En donde:
Q = Cantidad de calor transmitido. (Btu/hr.)
A = Área de transmisión. (ft2)
e = Espesor de la pared.
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Btuft2 °F hr
T1 y T2 = Temperatura a ambos lados de la pared. (°F)
K = Coeficiente específico de conductividad térmica del material que constituye la pared.
Por definición el coeficiente de conductividad térmica específico es numéricamente igual a la cantidad de
calor que pasa por una placa del material considerado de l ft2 de sección por l pulg. De espesor cuando
hay 1°F de diferencia entre sus dos caras o superficies en 1 hr.
Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que fluye a través de paredes o barreras
compuestas de un solo material.
3.3.2 Conductancia de la capa superficial del aire
La transferencia de calor a través de cualquier material esta relacionada con la resistencia superficial del
aire al flujo de calor y esta se determina según el tipo de superficie (rugosa o lisa), según su posición
(horizontal o vertical) y por la intensidad de flujo de aire sobre la superficie. La conductancia de la capa
superficial del aire se designa normalmente con la letra minúscula f2 para superficies interiores y con f1
para superficies exteriores. Se expresa en el sistema métrico en:
Kcal
m2 °C hr
Y en el sistema inglés en:
Btu plg
ft2 °F hr
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Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de: fa = 1.65, que es para
paredes interiores casi sin movimiento de aire, y f1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos con
una velocidad de hasta 24 Km./hr. =15 millas/hr., o en su defecto calcular dicha conductancia con las
siguientes expresiones:
f = 1.6 + 0.3V (para paredes muy lisas)
f = 2.0 + 0.4V (para paredes medianamente rugosas)
f = 2.1 + 0.5V (para paredes rugosas)
Donde:
V = velocidad del viento. [Millas/hr]
3.3.3 Carga térmica que se transmite a través de una pared compuesta de varios materiales
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(T1 – T2) =
23
3
2
2
1
1
1
11fk
eke
ke
fAQ
3.3.4 Coeficiente de conductividad térmica total (equivalente o global)
La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared
compuesta de dos o más materiales y que separan a dos fluidos que se encuentran a diferente
temperatura.
Q = A (T1 –T2) U [Btu/hr]
23
3
2
2
1
1
1
111
fke
ke
ke
f
U
Donde:
Q = Calor transferido [Btu/hr] o [kCal/hr]
A = Área expuesta al flujo de calor [m2] o [ft2]
U = Coeficiente de conductividad térmica total, equivalente o global
q1
A f1q1 = A f1 (T1 – T3) = (T1 – T3) =
q2 e1
A k1q2 = (T3 – T4) K1 = (T3 – T4) =A
e1
q3 e2
A k2q3 = (T4 – T5) K2 = (T4 – T5) =A
e2
q4 e3
A k3q4 = (T5 – T6) K3 = (T5 – T6) =A
e3q5
A f2q5 = A f2 (T6 – T2) = (T6 – T2) =
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∆T = Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el lado interior del espacio refrigerado. [°C] ó
[°F].
3.3.5 Valores del coeficiente especifico de conductividad térmica para diferentes materiales
de construcción
Se han llevado a cabo extensos ensayos por muchos laboratorios para determinar con exactitud los
valores de transferencia de calor a través de todos los materiales de construcción. Ciertos materiales
poseen una elevada resistencia al flujo de calor (una baja conductividad térmica) y se emplean, por
consiguiente, como aislantes. Existen tipos de aislantes, tales como: fibra de vidrio, corcho y los nuevos
materiales de espuma.
La mayoría de los buenos materiales aislantes poseen una conductividad térmica de k = 0.25 o menores,
y los aislantes rígidos de espuma han llegado a factores de conductividad térmica de k = 0.22 a 0.11
3.3.6 Carga térmica generada por producto
Las frutas, los vegetales o cualquier producto desprenden determinadas cantidades de calor durante su
vida, las cuales se encuentran en las tablas correspondientes; además al introducirlas a un espacio
refrigerado se encuentran a la temperatura ambiente o más elevada, por lo cual hay que abatir su
temperatura al valor necesario para su conservación.
La extracción del calor de un producto o sustancia depende de la presión y la temperatura.
Como ya se mencionó anteriormente, uno de los elementos más importantes del balance térmico es la
carga térmica generada por el producto.
BtuFt2 °F hr
okCal
m2 °Chr
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Al producto es a quien se le debe de retirar calor principalmente para que una determinada sustancia o
espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad.
El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, sino también algunos otros
materiales que complementen la función de contener o manejar el producto.
Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se quiera
mantener el producto o espacio y el proceso o la condición de trabajo que se busca; entonces para
determinar la carga del producto se siguen los siguientes pasos:
Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación, criogenia)
Tipo de calor a eliminar (este puede ser sensible o latente o la combinación de ambos.)
Calor sensible
Es la cantidad de calor que hay que eliminar para bajar la temperatura de un producto sin cambiarlo de
estado físico. La ecuación para determinar este calor es la siguiente:
qA = (m) (C A) (∆T)
qB = (m) (C B) (∆T)
1
2
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77
Donde:
qA = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de
congelación (Btu).
qB = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminarle al producto abajo del punto de
congelación (Btu).
m = Cantidad de masa del producto. (lb)
CA = Calor específico arriba del punto de congelación. (Btu / lb °F).
CB = Calor especifico abajo del punto de congelación. (Btu / lb °F).
∆T = Diferencia de temperaturas entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final.
(°F).
Calor latente
Es la cantidad de calor que se necesita para que el producto pase a su punto de congelación, por
ejemplo, en los líquidos este se convierte en un cambio de estado físico (se hace sólido).
La ecuación que define al calor latente es:
qL = m HL
12T
Q
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Donde:
qL = Calor latente de fusión o cambio de estado (Btu)
m = Cantidad de masa del producto para el cambio de estado (Ib)
HL = Calor latente de fusión del producto (Btu/Ib)
Existen ocasiones en donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al mismo tiempo, por lo
que de esta combinación el resultado será de acuerdo con la siguiente ecuación:
-QTOT = -qsA + (-qL ) + (-qsB )
La representación gráfica del proceso se observa en la siguiente figura:
(Evolución del proceso de extracción de calor desde la temperatura ambiente hasta la congelación).
Trabajo total
Es la cantidad de calor que hay que eliminar a un producto para llevarlo de las condiciones iniciales del
proceso (cualquiera que sea) hasta la temperatura a la cual se desea llevar al final del mismo.
Para conocer este trabajo se debe dividir el valor de la carga térmica del producto entre el tiempo en que
se desea que se lleve a cabo el proceso en su totalidad.
2
T
qsB
qL qsA
Q
1
Temperatura de congelación
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79
Trabajo secundario
Es la cantidad de calor que hay que eliminar para que el equipo tenga tiempo de descanso y pueda
ahorrar energía al momento en que mantiene las condiciones interiores requeridas por el proceso.
3.3.7 Carga generada por alumbrado y equipo
En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden energía calorífica al
medio enfriado en el momento de operar. La cantidad de calor que estos ceden se obtiene directamente
de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es:
1watt = 3.415 Btu / hr
Todos los sistemas de iluminación, ya sean incandescentes o fluorescentes, básicamente transforman la
energía eléctrica que reciben para su operación en calor, el cual se 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 y equipo.
Qalumbrado = No. de lámparas (Watts de c/lámpara) (3.415) [Btu / hr]
Todas las máquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean parte de su energía consumida
en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor, por lo tanto, todas las máquinas trasforman
la energía eléctrica total, que toman de la línea de alimentación, en calor.
El calor cedido al espacio con motores y sus máquinas conducidas afectan a dicho medio de tres
formas:
1ª Si el motor y la máquina accionada por él se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calor
cedido será igual al de la expresión siguiente:
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Qequipo =
(746) (3.415) (Btu / hr)
2ª Si el motor está fuera del espacio y la máquina accionada por él esta en el interior del espacio, el
calor desarrollado está dado por:
Qequipo = (N) (746) (3.415) (Btu / hr)
3ª Si el motor está dentro del espacio y la máquina accionada por él esta fuera, el calor desarrollado está
dado por:
Qequipo =
(746)(3.415) (Btu / hr)
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 propósitos especiales dentro de las cámaras de refrigeración podemos incluir los equipos de
Deshielo. En estos, casos se recomienda hacer su conversión a Watts y de este a unidades de calor.
Por ejemplo consideremos un equipo de deshielo que trabaja a 300 W de potencia y durante 15 minutos.
La cantidad de calor que este cederá será de:
Qequipo = (300) (3.415) (15/60) = 256.125 Btu/Hr.
Q AyE = QA + QE [Btu/Hr]
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81
3.3.8 Carga térmica generada por infiltración
El concepto de infiltración representa una cadencia o 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 a la hora, en el momento en que se abren las puertas, las ventanas o cualquier otro
medio que comunique al exterior, así como por un mal sellado entre esta y los marcos o paredes que los
soportan.
El procedimiento del cálculo se basa en la consideración de que el aire en el interior del espacio se
cambiara un determinado número de veces por hora, a esto se le llama número de cambios de aire (CA)
y de preferencia se maneja en un intervalo de 1 hr. El número de cambios esta en función directa del
volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distinguiremos dos grupos:
Espacios con volúmenes altos (mas de 200 pies cúbicos).
Espacios con volúmenes bajos (menos de 200 pies cúbicos).
Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina de la siguiente
manera:
a) Por apertura de puertas.
Para congeladores o diseños más bajos a esta condición se consideran 2.1 C.A.
Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales o superiores a la de
refrigeración, se consideran 4.2 C.A.
b) Por infiltración.
Para esta situación se considera al espacio enfriado o la instalación bajo los siguientes aspectos:
Si tiene un lado expuesto el medio ambiente se considera 1 C.A.
Si tiene dos lados expuestos al medio ambiente se consideran 1.5 CA.
Si tiene tres lados expuestos al medio ambiente se consideran 2 C.A.
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82
Pesado (x 2)
Prolongado x (0.6)
[ft3/hr]
Si tiene cuatro lados expuestos al medio ambiente se consideran 2.5 CA.
Para el caso de volúmenes altos las infiltraciones y apertura de puertas se dan en un solo valor de
acuerdo con la tabla 8 del apéndice.
Si se tienen instalaciones de uso pesado se debe multiplicar el valor de los cambios de aire por 2. Para
el caso del almacenamiento con uso prolongado el valor del cambio de aire se debe multiplicar por 0.6.
Independientemente de que se trate de volúmenes altos o bajos una vez que conocemos el valor de los
cambios de aire debemos conocer la cantidad de aire que se tiene que cambiar por hora, es decir:
Vinfiltrado = (Vespacio o instalación) (C.A./hr) (USO)
El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicrométrica. La diferencia de calor entrelos puntos de alta y baja temperatura nos dará el calor necesario para su enfriamiento.
hrBtuHU
VQ T
iltradoaire /int
int
inf.int
hrBtuHU
VQ Text
ext
iltradoextaire /inf
.
Entonces:
Qinfiltrado = Qext - Qint
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3.3.9 Carga térmica generada por ocupantes
El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad esta desprendiendo calor, aún cuando no realiceactividad alguna. El simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente paraque se libere calor. La energía calorífica cedida por los ocupantes está en función directa de la actividadque desarrolle en el interior del espacio. La tabla 17 (en el apéndice) proporciona los datos para unacondición de trabajo equivalente a un trabajo rudo desarrollado en el interior del espacio, esto equivale acaminar a 2 millas/hr o a un baile ligero.
Los valores que se muestran como equivalentes de calor por persona (ECPP) es la suma del calorsensible más su correspondiente calor latente.
Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el equivalente de calor porpersona en la tabla correspondiente de acuerdo con la temperatura interior del espacio y a este valormultiplicarlo por el número de ocupantes, esto es:
Qocupantes = No. ocupantes x (ECPP) [Btu/hr]
3.3.10 Carga térmica generada por efecto solar
Este cálculo se debe a la incidencia de los rayos solares y se calcula exclusivamente para las paredes osuperficies afectadas en la hora crítica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre losmuros, techos, etc. De un espacio determinado originan el calentamiento de estos, lo cual implica elpaso de calor al interior del espacio. El efecto solar está determinado por las siguientes características:
Rugosidad en la superficie en la que incide.El 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 unaumento de la ganancia de calor en el interior del espacio por este concepto. Un ejemplo sería que lasáreas afectadas estuvieran pintadas con colores obscuros.
Para el cálculo de la ganancia de calor por este concepto se requiere, fundamentalmente, conocer laintensidad de la radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar,dependiendo además de las características anteriormente señaladas. Cuando se desconoce uno ovarios de estos factores la ganancia por efecto solar se puede calcular suponiendo que el medio
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ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real y se puede calcular con la expresiónmatemática general de la transmisión de calor:
Qefecto solar = AU∆T [Btu/hr]
Donde:
A = Área afectada por los rayos solares [ ft2]
U = Coeficiente global de transferencia de calor [ Btu/ ( hr °F ft2 ) ]
∆T = Temperatura corregida para efecto salar.
Para obtener el valor del incremento de temperatura consultar la tabla siguiente:
TIPO DE SUPERFICIE INCREMENTO °F
Muros claros al oriente 15
Muros claros al poniente 30
Muros claros al sur 20
Ventanas al oriente 25
Ventanas al poniente 40
Ventanas al sur 30
Techos horizontales claros 45
Tragaluces horizontales 60
NOTA: Los valores anteriores corresponden a climas templados. Para lugares extremosos aumentar de20 a 30% de los valores tabulados y para colores obscuros de 15 a 25%.
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2
T
qsB qL qsA
Q
135.6
28
-10
3.4 Método de Cálculo
Calculo de la carga térmica generada por producto
El producto que se desea conservar es camarón fresco; los valores de las características de este
producto las podemos encontrar en las tablas correspondientes. Por ejemplo, a pesar de recibir el
camarón fresco, los datos que debemos considerar son los de camarón congelado, ya que la condición
final es la temperatura de congelación del mismo. De este modo y de las tablas correspondientes
obtenemos:
a) Producto: Camarón fresco.
b) TCONGELACIÓN: 28 °F.
c) TALMACENAMIENTO: -10 °F.
d) CpA: 0.83 Btu/lb °F.
e) CpB: 0.45 Btu/lb °F.
f) HL FUSIÓN: 119 Btu/lb.
g) Tiempo de almacenamiento: 6 meses.
h) m =4409.2452 lb
i) Tiempo=24 hrs.
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Para abatir la carga térmica se toma el valor de la capacidad de almacenaje entre el tiempo de
trabajo:
hrlbhr
lbm /7185.18324
2425.4409
.
La diferencia de temperatura:
∆T = Talmacenamiento – Tentrada
∆T = -10 °F – 35.6 °F = -45.6 34°F
Sustituyendo valores en los modelos matemáticos correspondientes para calor sensible y calor latente:
qsA = ( )̇(CespA)(∆T)
qsA = ( hrlb /7185.183 )(0.83 Btu/lb °F)( 28 °F – 35.6 °F)
qsA = -1158.8962 BTU/hr
qsB = ( )̇(CespB)(∆T)
qsB = ( hrlb /7185.183 )(0.45 Btu/lb °F)( -10 °F – 28 °F)
qsB = - 3141.5863 BTU/hr
qL FUS = ( )̇ ( HL )
qL FUS = ( hrlb /7185.183 )( 119 Btu/lb )
qL FUS = 21862.5015 BTU/hr
Q prod. = qsA + qL FUS + qsB = (-1158.8962)+(-3141.5863)+21862.5015
Q prod. = 17562.019 BTU/hr = 4425.2775 Kcal/hr
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Calculo de la carga térmica generada a través de paredes
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88
La cámara dimensionada quedara como en la figura siguiente:
Tipo de muro Área (pie²) U (Btu/hrºFpie²) ΔT (ºF) Q (BTU/hr)
Paredes 456.6845 0.02585 95.28 1124.8084
Puerta 26.3995 0.02686 95.28 67.5621
Piso 271.2505 0.02667 37.64 272.2969
Techo 271.2505 0.02656 95.28 684.8858
Qt = 2149.5532
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Vista superior de la cámara
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Corte longitudinal de la cámara
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91
Áreas de las paredes
Área de paredes excluyendo la puerta
Aparedes= 2(2.4mx5.6m)+ 2 (4.5mx2m) – 2.4526m2 = 42.4273 m22
128.3
mpies
= 456.6845 pie2
Área de la puerta
²3995.26128.3
²4526.22
piem
piemApuerta
Área del piso
²2505.271128.3
²2.25)5.46.5(2
piem
piemmmxApiso
Área de techo
²2505.271128.3
²2.25)5.46.5(2
piem
piemmmxAtecho
Calculando las variaciones de temperaturas:
FFFpromTextTsueloT
FFFTreqTextTº64.37º64.47º28.85
º28.95)º10(º28.85
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92
Cálculo del coeficiente de película f para las paredes y el techo
Vext = 14hrkm
kmmilla
6093.11
hrmillas
6991.8
Tenemos que: la velocidad interior de la cámara es 0 y la velocidad exterior de la cámara es de
hrmillas6991.8
Para encontrar el coeficiente f para paredes lisas utilizamos la siguiente expresión matemática:
f1= 1.6 +0. 3 vext
f2 = 2.0 +0.3 v int
Donde: f1 y f2 son películas exterior e interior de la paredhrFft
tu
2
Sustituyendo en la fórmula
f1 = 1.6 + 0.3 (hr
millas6991.8 ) = 4.2097
hrFfttu
2
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93
f2 = 1.6 + 0.3 (hr
millas0 ) = 1.6hrFft
tu
2
Ahora bien para el cálculo de U para paredes:
²º02585.0
6.11
11.04
55.5
4.05
2097.41
1
21
22
11
11
1
FpiehrBTU
U
U
fke
ke
f
U
Cálculo de U para piso:
f1=0; f2=1.6
21
22
11
11
1
fke
ke
f
U =
6.11
11.04
126
01
1²º
02667.0pieFhr
BTU
Material e (pulg) ( −° − −ℎ)Película impermeable 0.5 1.4Ladrillo común 5.5 5Loza de concreto (techo) 5 12Loza de concreto (piso) 6 12Poliuretano 4 0.11Acero galvanizado 0.04 350
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94
Cálculo de U para puerta:
f1=4.2097; f2 =1.6
21
22
11
11
1
fke
ke
f
U =
6.11
11.04)
35004.0(2
2097.41
1²º
02686.0pieFhr
BTU
Cálculo de U para techo:
f1=4.2097; f2 =1.6
21
22
11
11
1
fke
ke
f
U
6.11
11.04
125
2097.41
1²º
02656.0pieFhr
BTU
Calculando q puerta, q piso, q techo, q paredes:
Q = AU∆T [Btu/hr]
Q porconcepto
Área ( pie2 )U (
²º pieFhrBTU
)
T ( Fº ) Qganado Btu/hr
Paredes 456.6845 0.02585 (85.28-(-10)= 95.28 1124.8084
Piso 271.2502 0.02667 (85.28-(37.64)= 47.64 272.2969
Puerta 26.3995 0.02686 (85.28-(-10)= 95.28 67.5621
Techo 271.2502 0.2656 (85.28-(-10)= 95.28 684.8858
Qtotal proceso = Qparedes + Qpiso. + Qpuerta+ Q techo.
Qtotal proceso = ( 1124.8084 Btu/hr ) + (272.2969 Btu/hr ) + (67.5621 Btu/hr) + (684.8858 Btu/hr)
Qtotal proceso = 2149.5532 BTU/hr = 541.6444 Kcal/hr
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Calculo de la carga térmica generada por alumbrado y equipo
Para el calculo por alumbrado y equipo consideramos 10 lámparas de 200 watts, ya que los ocupantesnecesitaran una buena visibilidad para el acomodo y distribución del producto en los diferentes estantes.
Recordando que; 1watt = 3.415 Btu / hr
Q alumbrado = No. de lámparas (Watts de c/lámpara) (3.415) [Btu / hr]
Q alumbrado = 5 (200) (3.415) [Btu / hr]
Q alumbrado = 3415 Btu / hr = 860.5117 Kcal/hr
Se cuenta con 2 motores de la cámara y su potencia de cada uno es de 0.9996HP
Para efecto de este cálculo tendremos en rendimiento mecánico del 75% el cual no lo proporciona elfabricante.
1ª Si el motor y la máquina accionada por él se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calorcedido será igual al de la expresión siguiente:
Q equipo =
(746) (3.415 BTU/hr
Q equipo =
75.019996.0 x
(746) (3.415) =3383.1995 BTU/hr = 852.4986 Kcal/hr
Calculo de la carga térmica generada por infiltración
Para calcular este concepto de ganancia de calor para nuestro espacio es necesario conocer nuestro
volumen de la instalación que es de 60.48 m3 pero transformandolo a Sistema Ingles tenemos:
VTotal =60.48m3 = 2135.8310 ft3.
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Ahora necesitamos sacar los cambios de aire a los que estará sujeto nuestro espacio esto en por lapsos
de 1hr.de igual manera se tomara en cuenta que nuestro espacio estará sujeto a uso prolongado
tenemos que los cambios de aire serán:
CA/hr. = 11.6892CA/ 24 hr. = 0.4870 CA/ hr.
Teniendo los anteriores datos podemos sacar el flujo volumétrico que habrá en nuestro espacio.
V inf. = (CA/hr) (Vol. de la instalación) (USO) [ft3/hr
V inf. = (0.4870) (2135.8310) (0.6) = 624.089 ft3/hr.
El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicométrica. La diferencia de calor entre los
puntos de alta y baja temperatura nos dará el calor necesario para su enfriamiento.
Teniendo como datos de tablas las condiciones psicométricas del estado de Campeche, Campeche
tendremos el calor en el exterior de nuestro espacio por refrigerar.
Datos: Text = 29.6°C = 85.28°F, HT = 43.3 BTU/ lb, %HR = 78 % y intU = 14.1875ft2/ hr
Qaire ext. = hrBtuHU
VextT
exte
iltrado /inf
Qaire ext. = hrBtu /7086.19043.431875.14
089.624
Y teniendo para nuestro interior una temperatura requerida de -10 °F y con un 90% de HR. encontramos
en nuestra carta psicométrica los siguientes valores.
HT = -2 BTU/ lb. y intU = 11.2307 ft2/ hr.
Con los anteriores datos podemos determinar el calor en el interior de nuestro espacio.
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CAPITULO 3 ANALISIS DEL PROYECTO
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Qaire int. = hrBtuHU
VT
iltrado /int
int
inf
Qaire int. = hrBtu /1398.11122307.11
089.624
Entonces:
Q infiltrado = Q ext - Qi nt
Q infiltrado = 1904.7086 - (-111.1398) = 2015.8484 Btu/hr.= 507.9534 Kcal/h
Calculo de la carga térmica generada por ocupantes
Para el calculo de la carga por ocupantes consideramos en forma constante 3 personas, las
cuales estarán realizando un trabajo dentro de la cámara. De la tabla de calor disipado por
personas dentro del espacio refrigerado, obtenemos el valor de 1400 BTU/hr ya que la
temperatura de la cámara para nuestro caso es de -10 oF
Q ocupantes = No. ocupantes x (ECPP) [Btu/hr]
Q ocupantes = 3 x (1400) [Btu/hr]
Q ocupantes= 4 200 BTU/ hr = 1058.316 Kcal/hr
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CAPITULO 3 ANALISIS DEL PROYECTO
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Calculo de la carga térmica generada por efecto solar
La carga por efecto solar será O, debido a que la cámara frigorífica estará dentro de una nave industrial.
Por lo tanto, la ganancia de calor total será:
Calor ganado (BTU/hr) (Kcal/hr)
Calor por producto 17562.019 4425.275
Calor a través de paredes 2149.5532 541.6444
Calor por ocupantes 4 200 1058.316
Calor por infiltración 2 015.84 507.9513
Calor por alumbrado y equipo 6798.1995 1713.0103
Carga térmica por radiación solar 0 0
Calor total ganado 32725.6117 8246.1996
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CAPITULO IV
CÁLCULO YSELECCIÓN DE
EQUIPO
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CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
100
4.1 Cálculo de un sistema por compresión de vapores
Para nuestro estudio y para efectos prácticos se analizará el sistema de refrigeración por compresión de
vapores. Este sistema consiste básicamente de cinco equipos indispensables para obtener un ciclo
termodinámico cerrado y varios equipos auxiliares sin ser absolutamente necesarios. La figura siguiente
representa el diagrama de flujo de todos los componentes del sistema, así como también ilustra el
proceso de condensación y el reciclado total de la sustancia ‘de trabajo, llamado refrigerante; también
establece el diagrama de flujo de todos los componentes.
Compresor
Válvula deExpansión
CondensadorEvaporador
Liq. Refrigerante de B.P.
Temperaturade diseño
Vapor Refrigerante de B.P. Vapor Refrigerante de A.P.
Liq. Refrigerante de A.P.
Zona de baja presión Zona de alta presión
+ Q -Q
Figura 4.1 Sistema de refrigeración por compresión de vapores
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CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
101
El siguiente diagrama muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.
1-2 Evaporador.
2-3 Compresor.
3-4 Condensador.
4-1 Válvula de Expansión
Figura 4.2 Diagrama del recorrido del refrigerante a través del sistema
A continuación se describen cada uno de los componentes del sistema:
1. Válvula De Expansión: es un dispositivo de diseño especial que dosifica y controla automáticamente
el flujo del refrigerante en la línea del líquido al evaporador. Esta válvula recibe el refrigerante líquido de
alta presión y suministra refrigerante líquido a baja presión. Estas válvulas son específicas para cada
uno de los refrigerantes empleados.
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CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
102
2. Serpentín: la forma y modelo del serpentín dependen del tipo de enfriamiento deseado, ya que en su
interior circula el refrigerante el cual mediante la absorción del calor del medio que lo rodea se
transforma del estado líquido al estado de vapor, designándosele, a este dispositivo, con el nombre de
evaporador.
3. Compresor: este compresor puede ser del tipo reciprocante, centrífugo o rotatorio, el cual tiene por
objetivo elevar la temperatura del gas refrigerante a un valor tal que su punto de condensación sea
superior a la temperatura de los medios disponibles para que se realice la condensación.
La construcción y aplicación destinado a trasformar el vapor refrigerante de alta presión, que
proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante el contacto con aire o
agua del medio ambiente. Al igual que los otros instrumentos también existen diferentes tipos de
condensadores.
4. Condensador: consta de un serpentín destinado a transformar el vapor refrigerante de alta presión,
que proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante el contacto con aire
o del medio ambiente. Al igual que los otros instrumentos también existen diferentes tipos de
condensadores.
5. Filtro Deshidratador: la función de este dispositivo es filtrar las partículas extrañas y absorber la
humedad, ya que esta perjudica mucho a cualquier sistema de refrigeración; de hecho dicha humedad
se considera el enemigo número uno.
Además de estos elementos necesarios se requiere de un fluido de trabajo llamado refrigerante que va a
circular por el sistema y cuya característica básica es tener punto de ebullición a presión normal inferior
a los 32 °F (O °C).
Los elementos auxiliares que se requieren en estos sistemas son:
Separadores de aceite.
Indicadores de fluido.
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CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
103
Manómetros.
Sensores electrónicos.
Termómetros.
Válvulas para seccionamiento.
Controles para protección de equipo.
Los siguientes pasos pueden hacer más comprensibles el ciclo y el flujo del refrigerante.
Por aspecto práctico el ciclo del refrigerante empieza en el orificio del dispositivo de control.
El líquido a alta temperatura y a alta presión reduce estos parámetros cuando entra en la
válvula de expansión (dispositivo de control).
El dispositivo de control gobierna el flujo del refrigerante y separa el lado de alta del lado de
baja presión del sistema.
El refrigerante se evapora al absorber calor en el evaporador.
La capacidad de evaporación se controla con el compresor.
El vapor refrigerante sale del evaporador con un sobrecalentamiento de aproximadamente 10
°F, esto es, 10 °F más que la temperatura de evaporación.
El compresor aumenta la temperatura del vapor hasta superar la del medio de condensación,
de manera que el calor se transmita al medio (aire o agua), por lo cual el vapor se condensa y
queda en su forma líquida para volver a usarse.
4.2 Trazo del diagrama presión – entalpia (diagrama de mollier)
Un ingeniero en diseño revisa cuidadosamente los datos del refrigerante en forma de tablas y gráficas
antes de seleccionarlo para una instalación determinada. Esta información puede presentarse
gráficamente en forma de diagramas que son conocidos como Diagrama de Mollier o P - H. En ellos se
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CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
104
graficará la presión absoluta y la entalpía principalmente. Estos diagramas son fáciles de entender y
sirven como una herramienta valiosa para analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de
refrigeración.
El ingeniero en diseño debe utilizar el diagrama de mollier para graficar los ciclos de refrigeración, sirve
además 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. 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 gaseosa.
Figura 4.3 Diagrama de líquidos y vapores Ciclo Rankine
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4.3 Propiedades del refrigerante
En el diagrama completo aparecen 5 propiedades básicas del refrigerante las cuales son:
1.- PRESIÓN: Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama. La
escala de presión no está 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: 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.
Los cambios de entalpía entre los puntos de un proceso son muy importantes.
3.-TEMPERATURA: Por lo general las líneas de temperatura constante corren en dirección vertical en
las zonas de vapor sobrecalentado y de líquido subenfriado. 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.
4.- VOLUMEN ESPECÍFICO: 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: 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 la línea de vapor saturado.
Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento porque es donde ordinariamente se
requieren los datos de entropía, la cual está relacionada con la disponibilidad de energía.
Los cambios en la entropía, más que sus valores absolutos, son de interés para el ingeniero.
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Figura 4.4 Diagrama Presión Entalpia
El ciclo completo de refrigeración representa la historia de una libra de refrigerante fluyendo una vez a
través del sistema. Con este diagrama se simplifica grandemente el trabajo de calcular los
requerimientos para el ciclo termodinámico. 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 pueden 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. Con el
trazo adecuado del ciclo se podrán establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:
Niveles de presión.
Relación de compresión.
Efecto neto de refrigeración.
Velocidad de flujo o flujo másico.
Potencia del compresor.
Coeficiente de rendimiento.
Temperatura de descarga del compresor.
Volumen desplazado por el compresor.
Desprendimiento de calor en el condensador.
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4.4 Rendimiento volumétrico del compresor utilizando R22 y amoniaco
RC(R-22)
ηv
NH3
ηv
2.0 77.5 85.25
2.2 76.9 84.59
2.4 76.2 83.82
2.6 75.3 82.83
2.8 74.5 81.95
3.0 73.1 80.40
3.2 72.9 80.19
3.4 72.0 79.20
3.6 71.3 78.43
3.8 70.4 77.99
4.0 69.6 76.56
4.2 69.8 75.68
4.4 68.0 74.80
4.6 67.2 73.92
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4.8 66.4 73.04
5.0 65.5 72.05
5.2 64.8 71.28
5.4 64.0 70.40
5.6 63.3 69.63
5.8 62.5 68.75
6.0 61.9 68.09
6.2 61.1 67.21
6.4 60.3 66.33
6.6 59.5 65.45
6.8 58.7 64.57
7.0 57.9 63.69
Figura 4.1 Rendimiento volumétrico del compresor para R-22 y Amoniaco
NOTA.- Los valores anteriores corresponden a compresores manejando refrigerante 22. Cuando se
maneja amoniaco debe aumentarse el 10% del valor tabulado.
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Cálculo del rendimiento volumétrico
Podemos definir al rendimiento volumétrico como el cociente que resulta de dividir al volumen de
refrigerante producido en el evaporador entre el desplazamiento del compresor.
compresor.delentoDesplazamievaporadorelenproducidoterefrigerandeVolumenV
Teóricamente el desplazamiento del compresor debe ser igual al volumen producido en el evaporador,
pero como existen efectos prácticos que afectan dicho volumen, estos originan que el desplazamiento
de la máquina deba ser mayor que el volumen de vapor producido en el evaporador.
Por lo tanto para la determinación de este rendimiento se hacen pruebas prácticas en función de las
presiones de trabajo y con ellas se determina el rendimiento.
Cálculo del efecto de refrigeración o efecto neto de refrigeración (ER)
Se le llama “efecto de refrigeración a la cantidad de calor que puede absorber una libra de refrigerante al
circular por el evaporador hasta convertirse en vapor seco saturado.
La línea de evaporación representa la porción del ciclo que es útil para la refrigeración. El cambio de
entalpía a lo largo de esta línea representa la cantidad de enfriamiento por libra.
Para nuestro ejemplo la entalpía aumenta desde 31.10, al comenzar la evaporación, hasta 76.20 al
finalizar. Por lo tanto la variación de entalpía o efecto refrigerante será:
ER = ∆h = h2 – h1
Este valor nos indica el calor que puede absorber cada libra de refrigerante para este ciclo.
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Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR)
Cuando se conoce el ER, puede determinarse el flujo másico para manejar cualquier carga térmica.
Como sabemos que cada libra de refrigerante proporciona una cantidad de Btu de enfriamiento, el
cálculo de este concepto será de:
ER
TRWR 200
Cálculo de la potencia del compresor (Pc)
La energía térmica ganada por el refrigerante durante la compresión, está representada por el cambio de
entalpía a lo largo del proceso de compresión.
Para nuestro ejemplo a medida que se comprime el refrigerante, la entalpía se incrementa, hay una
ganancia en Btu por cada libra de refrigerante que circula. Esto representa el trabajo hecho por el
compresor sobre el refrigerante. La potencia de la máquina se expresa en caballos de fuerza (HP). Los
Btu/min, que se generan en el compresor, pueden convertirse en HP utilizando el siguiente factor:
k = 0.02357 HP/(Btu/min.)
Para calcular la potencia del compresor se procede a utilizar el siguiente modelo matemático:
Pc =∆hcomp(WR)(k) [HP]
Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR).
En refrigeración se usa este término para expresar la relación de la refrigeración útil con la energía
aplicada en la compresión.
Para nuestro ejemplo esta relación se calcula de la siguiente manera:
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comphERCR
Cálculo de la temperatura de descarga del compresor.
La temperatura de descarga de la máquina se lee directamente en el diagrama de Mollier y al final de la
línea de compresión.
Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)
El volumen específico de vapor al Comienzo de la compresión puede leerse en el diagrama de Mollier.
Para nuestro caso es aproximadamente de 2 ft3/lb Por lo tanto, para nuestro sistema de refrigeración, en
el que circulan 4.43 Ib/min. de refrigerante, el desplazamiento volumétrico de la máquina se calculará
con la siguiente expresión:
min3ftVWVdV
succR
Cálculo del calor desprendido en el condensador.
El cambio de entalpía durante el proceso de condensación refleja los requerimientos de transmisión de
calor en el condensador. La entalpía total disminuye de:
∆H = hf - hi = h4 – h3
Establecimiento de las condiciones de trabajo
Para determinar las condiciones de trabajo de un sistema de refrigeración se procede de la forma
siguiente:
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a) Para determinar la temperatura de succión se fija la temperatura que se requiere mantener en el
cuerpo, espacio, etc. y se considera que el refrigerante debe de estar a menor temperatura a efecto que
exista transmisión de calor; por lo tanto la temperatura de succión (Tsucc) será de 8 a 10 °F abajo de la
temperatura requerida (Treq).
Figura 4.5 Diagrama del condensador
a) Si el sistema de refrigeración va a emplear aire ambiente para realizar la condensación del
refrigerante el punto de condensación de dicho refrigerante deberá ser a 15°F arriba de la
temperatura de bulbo seco del aire ambiente disponible para realizar la condensación.
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Figura 4.6 Diagrama del evaporador
b) Si la condensación del refrigerante se va a efectuar por medio de agua y esta a su vez es enfriada
por aire ambiente, la temperatura de descarga será de 40 °F sobre la temperatura de bulbo
húmedo del aire ambiente considerándose que el agua a su paso por una torre de enfriamiento
saldrá a 10 °F sobre la temperatura de bulbo húmedo, a su paso por el condensador se elevara 20
°F (o 10 °F según el diseño) y a la salida del mismo aun debe estar 10°F arriba del punto de
condensación del refrigerante.
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Figura 4.7 Diagrama de una torre de enfriamiento
F40TT teaireambienBHdes
4.5 Refrigerante
Es cualquier sustancia capaz de absorber calor de otra para nuestro estudio trataremos
aquellas que se puedan adaptar a la refrigeraci6n mecánica.
Sabemos que el refrigerante sufre transformaciones de líquido a gas y de gas a líquido. Por lo tanto se
requiere que estas transformaciones se realicen a la temperatura adecuada para los diferentes servicios
y a la presi6n conveniente y apropiada a la economía, diseño, construcci6n y operación de los equipos;
además también se debe tomar en cuenta factores como son:
Aire
AmbienteCondensador
TdesTsuc
Torre de enfriamiento
Agua a 90°FRef.
Vap.
Ref.
Liq.
Agua a110°F
TBS
TBH
%HR
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Propiedades termodinámicas
Químicas
De seguridad
Económicas
El punto de ebullición de un refrigerante a presión atmosférica es básico al escoger el equipo
requerido y al tipo de servicio para el que se va a usar.
4.6 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22
La siguiente tabla muestra las características de la presión de condensación de los principales
refrigerantes, con la cual se pueden determinar las siguientes conclusiones:
REFRIGERANTE
PUNTO DEEBULLICION A LA
PRESIONATMOSFERICA (OF)
PRESION DEEVAPORACION A 5 OF
(psi)
PRESION DECONDENSACION A 86 OF
RELACION DECOMPRESION
Amoniaco (R-717)
-28 34.27 169.2 4.94
Bióxido de carbono(Hielo seco)
-109 332 1045.7 3.15
Etano -127.5 236 675.8 2.87
R-12 -21.6 26.51 107.4 4.08
R-21 +48 5.24 31.23 5.97
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R-22 -41.4 43 174.5 4.06
R-113 +117.6 0.982 7.85 8.02
Di cloro metano +105.2 1.15 10.5 4.58
Bióxido de azufre +14 11.81 66.4 5.63
Tabla 4.2 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22
4.7 Relación de compresión
Para elegir un refrigerante idóneo es muy importante obtener relaciones de compresión
Adecuadas. Se sabe que con altas relaciones de compresión, la potencia requerida por el
compresor es muy grande, por lo que la temperatura de evaporación y de condensación se
debe establecer con un criterio técnico eficiente, como se estudió anteriormente.
4.8 Selección del R22 para el proyecto
Utilizaremos en R22 debido a que las características que posee lo hacen el más idóneo para su
Utilización en el sistema de refrigeración por compresión de vapores. En la tabla anterior vemos que su
Punto de ebullición es -41-4ºF y relación de compresión de 4.06, que es muy cercano al valor obtenido.
Otra de las razones por las que utilizaremos R22 es que equipos de refrigeración (condensadores y
Evaporadores) son fabricados mas usualmente para la utilización del R22. No daña los sistemas de
Tuberías como el Amoniaco.
Otra particularidad de los equipos que usan R22 son más pequeños en comparación con los equipos
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que utilizan amoniaco, en donde vemos que su constitución es muy robusta y por tanto encarece el
proyecto.
En caso de fuga, el R22 presenta una menor inflamabilidad en comparación el Amoniaco.
Se muestra la gráfica de presión y temperatura para varios refrigerantes comunes. Para nuestro caso,
podemos ver el R22 y compararla con el Amoniaco.
Esta gráfica es valiosa, para dar una imagen global de las relaciones de presión y temperatura de
saturación, pero dependiendo del tamaño de la escala, va a ser la precisión de la lectura de los valores.
Por lo tanto, algunas veces, estos valores se dan en forma de tabla, las cuales pueden dar presiones
cada grado o cada 2 grados centígrados para las temperaturas de evaporación comunes. También, para
temperaturas de evaporación menos comunes o temperaturas de condensación, se dan presiones cada
5°C. También hay disponibles tablas que, además de la presión y temperatura, dan otra información, tal
como el volumen de líquido y vapor, calor y otros.
Estas tablas se verán más adelante en este mismo capítulo. En la escala vertical se tiene la presión en
kilo pascales (o en psig), y en la escala horizontal se tiene la temperatura en grados centígrados (o en
grados farenheit). Cualquier punto sobre la curva, representa el punto de ebullición del refrigerante.
Cada punto también se puede llamar "punto de condensación". La razón es que, cualquier mezcla de
líquido y vapor a la temperatura y presión de saturación, puede estar en cualquiera de las tres etapas.
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Figura 4.8 Diagrama presión-temperatura para diferentes refrigerantes
Así pues, vemos que necesariamente, en el manejo del R22, el volumen desplazado en el compresor es
mucho menor que en el caso del amoniaco.
Aunque el amoniaco no es corrosivo a todos los metales comunes, en presencia de humedad corroe a
los metales no ferrosos tales como el cobre y sus aleaciones. No podemos utilizar este refrigerante
porque las tuberías que utilizaremos para el sistema son de cobre. Para el R22 no tenemos este
problema. A continuación haremos los cálculos correspondientes al R22 y Amoniaco para demostrar lo
que en este apartado mencionamos.
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El sistema de refrigeración va a emplear aire ambiente para realizar la condensación del refrigerante el
punto de condensación de dicho refrigerante deberá ser a 15°F arriba de la temperatura de bulbo seco
del aire ambiente disponible para realizar la condensación.
Figura 4.9 Sistema de refrigeración enfriado por aire
En nuestro utilizaremos un sistema indirecto, esto significa que nuestro refrigerante primario
será el R22. Nuestro refrigerante secundario será entonces el aire que entrara a -20ºF que es la
temperatura requerida o de diseño para la conservación del camarón sin afectar sus
propiedades alimenticias.
4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el amoniaco.
Mediante el diagrama de Mollier se simplifica el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo
Termodinámico.
Con el trazo adecuado del ciclo, se podrá establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:
1. Niveles de presión. (NP)
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2. Relación de compresión. (Rc)
3. Rendimiento volumétrico ( )
4. Efecto neto de refrigeración. (ER)
5. Velocidad de flujo o flujo másico ( )̇
6. Potencia del compresor (Pc)
7. Coeficiente de rendimiento. (Cr)
8. Temperatura de descarga del compresor. (Tdesc)
9. Desplazamiento del compresor. (Vd)
10. Calor desprendido en el condensador (Qc)
11. Revoluciones por minuto (rpm)
De nuestra cámara de refrigeración tenemos que:
Capacidad= 32725.6117 BTU/hr )12000
1(*
hrBTU
TR= 2.7271 TR
Refrigerante= Amoniaco
T requerida= -10° F
T exterior = 85.28 °F
Calculando la temperatura de succión y de descarga por medio de los siguientes modelos matemáticos,
para así poder obtener la temperatura de condensación, y los parámetros antes mencionados:
a) Para los niveles de presión lo obtenemos con las temperaturas correspondientes.
(Ver anexo del diagrama de mollier para NH3 en Unidades del Sistema Ingles y SI)
TSUCCION= TREQ- (8 a 10) °F
TSUCCION= -10-°F (- 10) °F= -20°F ()
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TDESCARGA= TBH+ (10 a 15)°F (El sistema será enfriado por aire ya que es de baja capacidad)
TDESCARGA= 85.28°F+ 15°F=100.28°F
Figura 4.10 Diagrama Presión-Entalpia para el amoniaco
Los resultados obtenidos en el diagrama de amoniaco son:
Baja presión= 18 psi
Alta presión=50 psi
b) Cálculo de la relación de compresión.
Este parámetro es, como su nombre lo indica una relación que existe entre el valor de alta presión y baja
presión, los cuales se leen en el diagrama de Mollier.
Este parámetro nos sirve para hacer una buena selección de nuestro compresor.
Por lo tanto nuestro compresor debe tener capacidad para comprimir al vapor con una relación de 7 a 1
aproximadamente, y en función de esta RC se determina, por medio de una tabla, el rendimiento
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volumétrico de la máquina; parámetro que también es muy importante calcular o determinar.
La formula a utilizar es: RC =AP /BP
RC = 50/18 = 2.77 =2.8
Rendimiento Volumétrico (Conseguido de tablas)
NV=81.95%
c) Cálculo del efecto refrigerante.
(Ver anexo del diagrama de mollier para NH3 en Unidades del Sistema Ingles y SI)
Se le llama “efecto de refrigeración a la cantidad de calor que puede absorber una libra de refrigerante al
circular por el evaporador hasta convertirse en vapor seco saturado.
La línea de evaporación representa la porción del ciclo que es útil para la refrigeración. El cambio de
entalpía a lo largo de esta línea representa la cantidad de enfriamiento por libra.
ER = ∆h = h2 – h1
ER = ∆h = h2 – h1 = 205 –(-330) = 535 Btu/lb.
d) Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR)
Cuando se conoce el ER, puede determinarse el flujo másico para manejar cualquier carga térmica.
Para nuestro ejemplo supongamos que necesitamos 1 ton. de refrigeración como capacidad del sistema
(1 TR = 12000 Btu/hr. = 200 Btu/min.)
Como sabemos que cada libra de refrigerante proporciona 45.10 Btu de enfriamiento, el cálculo de este
concepto será de:
.]min/[
10.451200200
lbER
TRWR
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.min/019.1535
1200535
7271.2200 lbWR = 61.16 lb/hr = 27.74 Kg/hr
e) Cálculo de la potencia del compresor (Pc)
La energía térmica ganada por el refrigerante durante la compresión, está representada por el cambio de
entalpía a lo largo del proceso de compresión.
La potencia de la máquina se expresa en caballos de fuerza (HP). Los Btu/min, que se generan en el
compresor, pueden convertirse en HP utilizando el siguiente factor: k = 0.02357 HP/(Btu/min.)
Para calcular la potencia del compresor se procede a utilizar el siguiente modelo matemático:
Pc =∆hcomp(WR)(k) [HP] *∆hcomp= (h3-h2)
Pc = (1.019)(263.3-205)(0.02357) =1.400 HP
f) Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR).
En refrigeración se usa este término para expresar la relación de la refrigeración útil con la energía
aplicada en la compresión. Para nuestro ejemplo esta relación se calcula de la siguiente manera:
ChERCR
*∆hC=(h3-h2) Para nuestro caso:
17.93.58
535CR
g) Cálculo de la temperatura de descarga del compresor.
La temperatura de descarga de la máquina se lee directamente en el diagrama de Mollier y al final de la
línea de compresión.
h) Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)
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El volumen específico de vapor al Comienzo de la compresión puede leerse en el diagrama de Mollier.
Para nuestro caso es aproximadamente de 15 ft3/lb Por lo tanto, para nuestro sistema de refrigeración,
en el que circulan 1.019 Ib/min. de refrigerante, el desplazamiento volumétrico de la máquina se calculará
con la siguiente expresión:
min3ft
VWVd
V
succR
min62.188195.0
15019.1 3ftVd
i) Cálculo del calor desprendido en el condensador.
El cambio de entalpía durante el proceso de condensación refleja los requerimientos de transmisión de
calor en el condensador. La entalpía total disminuye de:
∆H = hf - hi = h4 – h3
∆HT = -330-263.3 = -593.3 Btu/lb.
QT= (WR)( (∆HT)= (1.019)(593.3)=604.572 BTU/min =36274.362 BTU/hr
QT= 36274.362/12000=3.022 TR.
4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el R22
Mediante el diagrama de Mollier se simplifica el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo
Termodinámico.
Con el trazo adecuado del ciclo, se podrá establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:
1. Niveles de presión. (NP)
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2. Relación de compresión. (Rc)
3. Rendimiento volumétrico ( )
4. Efecto neto de refrigeración. (ER)
5. Velocidad de flujo o flujo másico ( )̇
6. Potencia del compresor (Pc)
7. Coeficiente de rendimiento. (Cr)
8. Temperatura de descarga del compresor. (Tdesc)
9. Desplazamiento del compresor. (Vd)
10. Calor desprendido en el condensador (Qc)
De nuestra cámara de refrigeración tenemos que:
Capacidad= 32725.6117 BTU/hr )12000
1(*
hrBTU
TR= 2.7271 TR
Refrigerante= R22
T requerida= -10° F
T exterior = 85.28 °F
Calculando la temperatura de succión y de descarga por medio de los siguientes modelos matemáticos,
para así poder obtener la temperatura de condensación, y los parámetros antes mencionados:
a) Para los niveles de presión lo obtenemos con las temperaturas correspondientes.
(Ver anexo del diagrama de mollier para R22 en Unidades del Sistema Ingles y SI)
TSUCCION= TREQ- (8 a 10) °F
TSUCCION= -10-°F (- 10) °F= -20°F ()
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TDESCARGA= TBH+ (10 a 15)°F (El sistema será enfriado por aire ya que es de baja capacidad)
TDESCARGA= 85.28°F+ 15°F=100.28°F
Figura 4.11 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22
Los resultados obtenidos en el diagrama de R22 son:
a) Para los niveles de presión lo obtenemos con las temperaturas correspondientes.
(Ver anexo del diagrama de mollier para R22 en Unidades del Sistema Ingles y SI)
TSUCCION= TREQ- (8 a 10) °F
TSUCCION= -10-°F (- 10) °F= -20°F
TDESCARGA= TBH+ (10 a 15)°F (El sistema será enfriado por aire ya que es de baja capacidad)
TDESCARGA= 85.28°F+ 15°F=100.28°F
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Figura 4.12 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22
Los resultados obtenidos en el diagrama del R22 son:
Alta presión 100 lb. /pulg2
Baja presión 25 lb. /pulg2
b) Cálculo de la relación de compresión.
Rc= BpAp
25
1004
** De tablas y con la relación de presión de 4 encontramos un rendimiento volumétrico de 69.60%
c) Cálculo del efecto refrigerante.
Ahora calcularemos el efecto refrigerante (ER) con base a las entalpías tomadas del diagrama de
Mollie
ER= h2– h1 = 102 - 25 = 77 BTU/ lb
d) Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR)
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128
wR =ER
TR)(200=
77)72.2(200
= 7.0649 lb. /min
e) Cálculo de la potencia del compresor (Pc)
Con las entalpías de los puntos 3 y 2 del diagrama de Mollier si como con la velocidad de flujo del
refrigerante y la constante k= 0.02357 como factor de conversión para Hp.
Pc = ∆hc (wR)k= (118 - 102)7.0649(0.02357) = 2.6643 Hp.
f) Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR).
Con el efecto refrigerante y las entalpías de los puntos 3 y 4 que nos arroja el diagrama de Moliere
calculamos el coeficiente de rendimiento (CR).
CR = AhcER
102)-(118
774.8125
g) Cálculo de la temperatura de descarga del compresor.
Tdescarga = TBS + (10 a 15 °F)
Tdescarga = 85.28 + (15 °F) = 100.28 °F
h) Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)
min3ft
VWVd
V
succR
min31.20
6960.020694.7 3ftVd
i) Cálculo del calor desprendido en el condensador.
Qc= wR ∆hc =7.0649 (25 - 118) = -657.0357BTU/min.
= -39422.142 BTU/hr.
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= -3.2851 TR
4.10 Selección de equipos
Sabemos que nuestro sistema de refrigeración se encuentra integrado por diversos componentes y
equipos, de tal forma que el sistema funcione correctamente con una buena eficiencia considerando
obviamente el menor costo. Con la seguridad de que el equipo no sufrirá daño alguno.
También es sabido que los componentes más importantes de nuestro sistema e indispensables para que
el sistema de refrigeración trabaje son: el evaporador, el condensador, el compresor y la válvula de
expansión (regulador de flujo).
Estos componentes junto con tuberías y el refrigerante en circulación, el sistema funciona y trabaja. Los
accesorios como su nombre lo indican son dispositivos secundarios que servirán para controlar, proteger,
supervisar y mejorar algún componente del sistema.
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4.10 Tabla comparativa de resultados para amoniaco y R-22
Ref
rig
era
nte
Niv
eles
de
pre
sión
(psi
)
Rel
ació
nd
e
com
pre
sión
Efe
cto
Ref
rig
eran
te
(Btu
/lb)
Vel
oci
dad
de
flujo
(kg
/hr)
Pot
enci
ade
l
com
pre
sor
(HP
)
Coe
fici
ente
de
Ren
dim
ient
o
Vo
lum
en
Des
plaz
ado
(ft3
/min
)
Qd
esp
ren
dido
en
elco
nden
sad
or
(TR
)
Bp Ap
NH3 18 50 2.8 535 27.74 1.4 9.17 18.62 3.022
R-22 25 100 4 77 7.0649 2.6643 4.8125 20.31 3.2851
Tabla 4.3 Tabla comparativa de resultados entre Amoniaco y R22
4.12 Selección del equipo llamado evaporador
Primeramente debemos de seleccionar este equipo ya que es el primer dato que obtenemos en nuestro
cálculo del balance térmico con la suma de todos los conceptos ya analizados con anterioridad.
Para seleccionar dichas unidades debemos de tomar en cuenta los siguientes puntos:
*Carga térmica
*Temperatura de diseño
*Temperatura de succión de la maquina
*Tipo de refrigerante
La carga térmica que obtuvimos fue de 32725.611 Btu/hr
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Tipo refrigerante a emplear es: R-22
Tipo de deshielo: Aire
Temperatura de succión: -10°F (- 10) °F= -20°F
Con estas condiciones dadas en un principio enseguida ingresamos a los catálogos de diversos
fabricantes y proveedores.
Con los diferentes catálogos que de estos proveedores y fabricantes el que escogimos fue el de “Bhon”
ya que es una de las marcas reconocidas dentro de la rama de refrigeración y aire acondicionado.(ver
anexo). Por lo tanto El modelo que escogimos fue: ADT-370, el cual tiene una capacidad de 37000
Btu/hr
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Nuestra demanda es de 32725.61 Btu/hr, escogimos este porque es el que más se acerca al valor
requerido y porque como se puede ver en la tabla de selección el modelo anterior no daba la capacidad
que necesitamos.
Además debemos recordar que en todo proceso, sistema tiene que haber un factor de seguridad.
Selección del equipo llamado (unidad condensadora)
El segundo paso de esta selección de equipos será escoger nuestro condensador que nos proporcione la
demanda requerida.
Recordemos que se le llama unidad condensadora al conjunto formado por la línea de descarga, el
compresor, el condensador y en algunas ocasiones también por el recibidor.
Este arreglo tiene como función recibir refrigerante que viene del evaporador el cual llega en forma de
vapor y entra al compresor, donde cambia de estado (de vapor a líquido), enseguida pasa al
condensador
Para seleccionar este tipo de unidades debemos de tomar en cuenta:
Carga Térmica
Tipo de refrigerante
Temperatura de succión
Relación de compresión
Temperatura de condensación
La carga térmica que calculamos en el condensador es: 39422.192 Btu/hr
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El tipo de refrigerante a usar es: R-22
Con ayuda del diagrama de Mollier encontramos la presión de baja presión y alta presión, con estas
presiones consideramos que la relación de compresión es de 4 recordemos que esto es adimensional.
La temperatura de succión es de: -10-°F (- 10) °F= -20°F
La temperatura de condensación de igual forma se obtuvo con el diagrama de Mollier la cual es de:
TCONDENSACION = 50°F
Tomando en consideración estos datos recabados se procede a tomar los catálogos de los diferentes
fabricantes y proveedores.
El fabricante es Bhon el cual en su catalogo de unidades condensadoras encontramos que hay una que
se acopla a nuestras necesidades y a la carga requerida.
El Modelo que se selecciono fue: BD*0900L2
Modelo del compresor: 3DF3F40KE
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Selección del equipo llamado (válvula de expansión)
Por último nos quedaría la selección de la válvula de expansión correspondiente a dicha unidades.
Para llevar a cabo esta pequeña selección debemos de tomar en cuenta los siguientes puntos:
La carga térmica
Tipo de refrigerante
Temperatura de condensación
Temperatura de evaporación
Diferencia de presiones para las condiciones de trabajo
De nueva cuenta acudimos a consultar los catálogos nuestra elección fue con “Bhon” ya que es la marca
que hemos venido escogiendo por ser una de las empresas líderes, además de que los equipos son
seguros y fácil de manejar.
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El modelo que se selecciono fue: E2V24B
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CAPITULO V
PROGRAMA DEMANTENIMIENTO
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CAPITULO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
139
En todo proyecto de ingeniería se debe seguir un programa de mantenimiento que nos ayude a prevenir
posibles fallas en el sistema así como proporcionar soluciones ante dichos problemas.
Por este motivo se describe un programa de mantenimiento para el equipo seleccionado, se mencionan
los puntos más importantes según el fabricante que pueda ayudarnos a atender y prevenir fallas en el
sistema, el cual se describe de una manera sustanciosa a continuación:
5.1 Mantenimiento.
Es un servicio que agrupa una serie de actividades cuya ejecución permite alcanzar un mayor
grado de confiabilidad en los equipos, máquinas, construcciones civiles, instalaciones.
5.1.1 Objetivos generales.
Garantizar las actividades productivas a nivel general dentro de la empresa.
Capacitar al personal para desarrollar integración y así obtener un completo manejo de
programas de mantenimiento predictivo y preventivo.
5.1.2 Objetivos específicos del mantenimiento.
Asegurar la productividad integral de la empresa.
Asegurar la disponibilidad y confiabilidad planeadas de la función deseada.
Satisfacer todos los requisitos del sistema de calidad de la empresa.
Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados.
Evitar detenciones inútiles o para de máquinas.
Evitar incidentes y aumentar la seguridad de las personas.
Cumplir todas las normas de seguridad y medio ambiente y, maximizar el beneficio colectivo para
obtener:
Confiabilidad: Es la probabilidad de estar funcionando sin fallas durante un determinado tiempo en unas
condiciones de operación dadas.
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CAPITULO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
140
Mantenibilidad: Es la probabilidad de poder ejecutar una determinada operación de mantenimiento en el
tiempo de reparación prefijado y bajo las condiciones planeadas.
Soportabilidad: Es la probabilidad de poder atender una determinada solicitud de mantenimiento en el
tiempo de espera prefijado y bajo las condiciones planeadas.
5.2 Tipos de mantenimiento.
Se reconocen 3 tipos de mantenimiento son clasificados en:
Mantenimiento preventivo.
Mantenimiento predictivo.
Mantenimiento correctivo.
5.2.1 Mantenimiento preventivo.
La finalidad del mantenimiento preventivo es: Encontrar y corregir los problemas menores antes de que
estos provoquen fallas. El mantenimiento preventivo se diseñó con la idea de prever y anticiparse a los
fallos de las máquinas y equipos.
5.2.2 Mantenimiento predictivo.
Se puede definir como mantenimiento predictivo a la ejecución de las acciones de mantenimiento en
función del estado técnico real del equipo, a partir de la medición y seguimiento de algún parámetro
síntoma y la intervención según niveles deseados y permisibles o de alarma.
Por ende, el mantenimiento predictivo es: medición de variables que identifiquen un parámetro, síntoma,
conocido como “monitoreado de estado”. Este monitoreado de estado, se ejecuta planificando
inspecciones, que son ejecutadas según una frecuencia, prevista en función de las características de la
variable en cuestión y el parámetro o síntoma identificado.
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CAPITULO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
141
En resumen, el mantenimiento predictivo se ejecuta en función de las mediciones, análisis y diagnósticos
ejecutados en los equipos, que caracteriza en este caso la disminución del desempeño.
5.2.3 Mantenimiento Correctivo.
El mantenimiento correctivo es entendido como aquellas acciones (planificadas o no) que tienen como
objetivo reestablecer el nivel de desempeño de un Equipo/Sistema, después de la ocurrencia de una
falla, que puede ser esperada o no. En función de este concepto, podemos identificar dos factores.
Primero, que las acciones y sus elementos pueden ser planificadas o no, lo que implica que se espere la
ocurrencia de la falla, con todos los recursos disponibles para su solución, pero no está programada
(fecha de ejecución), lo cual marca una diferencia.
El segundo factor, es que la ocurrencia de la falla puede ser esperada o no, puesto que se trabaja, en
este caso, el equipo/sistema hasta que entre en estado de falla, bajo determinadas condiciones
específicas que así lo identifican, fundamentalmente el criterio costo; donde los costos de evitar la falla
(planificar una acción preventiva o predictiva) son mucho mayores que el costo de indisponibilidad en
que se incurre si ocurriera la no conformidad. Está claro que esto incluye una ausencia de riesgos
operacionales y a la vida humana, así como riesgos de afectaciones al medio ambiente.
5.3 Clasificación de las fallas.
Fallas tempranas. Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de
fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje.
Fallas adultas. Son las fallas que presentar mayor frecuencia durante la vida útil. Son derivadas de las
condiciones de operación y se presentan más lentamente que las anteriores (suciedad en un filtro de
aire, cambios de rodamientos de una máquina, etc.)
Fallas tardías. Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma lenta y ocurren
en la etapa final de la vida del bien (envejecimiento del aislamiento de un pequeño motor eléctrico,
pérdida de flujo luminoso de una lámpara)
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CAPITULO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
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5.4 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema.
5.4.1 Evaporadores.
Todos los evaporadores deben revisarse una vez al mes o más 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, el tipo de producto almacenado, de la
frecuencia de almacenaje, el producto nuevo de la cámara y del porcentaje en tiempo que la puerta está
abierta. Puede ser necesario cambiar periódicamente el número de ciclos del deshielo o ajustar la
duración del deshielo.
5.4.2 Unidades condensadoras/evaporadores.
Bajo condiciones normales, le mantenimiento debe cubrir los siguientes puntos por lo menos una vez
cada seis meses.
Revise y apriete todas las conexiones eléctricas.
Revise todo el cableado y aislamientos.
Revise el correcto funcionamiento de los contactores y el desgaste de los puntos de contacto.
Revise todos los motores de los ventiladores. Ajuste los pernos de montaje del motor/tuercas y
ajustar los tornillos posicionamiento del ventilador.
Limpie la superficie del serpentín del condensador.
Revise el nivel de aceite y refrigerante en el sistema.
Revise el funcionamiento del sistema de control. Asegúrese de que los controles de seguridad
estén funcionando adecuadamente.
Revise todos los controles de deshielo estén funcionando adecuadamente.
Limpie la superficie del serpentín del evaporador.
Limpie la charola de drenado y revise que se tenga el correcto drenado en la charola y la línea.
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Cheque la resistencia de la tubería dren para una operación adecuada, cortarla del tamaño
requerido y fijarla adecuadamente.
5.4.3 Posibles fallas del evaporador y su solución.
En seguida se presentan los problemas más frecuentes que impiden el buen funcionamiento de los
equipos:
Caso 1. “El o los ventiladores no funcionan”
Posibles causas:
El interruptor principal se encuentra abierto.
Los fusibles están fundidos.
Motor defectuoso.
Reloj o termostato de deshielo defectuoso.
Se está deshielando el evaporador.
El serpentín no se enfría lo suficiente para restablecer el termostato.
Medidas correctivas posibles:
Cierre el interruptor
Reemplace los fusibles. Revise si hay algún corto circuito o condiciones de sobrecarga.
Reemplace el motor.
Reemplace el componente defectuoso.
Espere a que se complete el ciclo.
Ajuste el termostato de retardador del ventilador, vea la sección del termostato de deshielo.
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Caso 2. “La temperatura de cuarto está demasiado alta”
Posibles causas:
Calibración demasiado alta del termostato de cuarto.
Sobrecalentamiento demasiado alto.
Serpentín bloqueado o escarchado.
Sistema bajo de refrigerante.
Medidas correctivas posibles:
Ajustar el termostato.
Ajustar la válvula de expansión termostática.
Agregue refrigerante.
Deshile el serpentín manualmente. Revise que los controles de deshielo funcionen
correctamente.
Caso 3. “Acumulación de hielo en el techo, alrededor del evaporador y/o guardas del ventilador,
Venturi y hojas del ventilador”
Posibles causas:
Duración de deshielo demasiado alto.
El retardador del ventilador no retarda los ventiladores después del periodo de deshielo.
Reloj o termostato del deshielo defectuoso.
Demasiados deshielos.
Medidas correctivas posibles:
Ajustar el termostato de terminación de deshielo.
Termostato de deshielo defectuoso o mal ajustado.
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Reemplace el componente defectuoso.
Reduzca el número de deshielo.
Caso 4. “Serpentín escarchado o bloqueado durante el ciclo de deshielo”
Posibles causas:
Temperatura del serpentín no alcanza una temperatura superior al punto de congelación durante
el deshielo.
Insuficientes ciclos de deshielo por día.
Ciclo de deshielo demasiado corto.
Reloj o termostato defectuoso.
Medidas correctivas posibles:
Revise el funcionamiento de las resistencias.
Ajuste el reloj para más ciclos de deshielo.
Ajuste el termostato de deshielo o reloj para ciclos más largos.
Reemplace el componente defectuoso.
Caso 5. “Acumulación de hielo en la charola de drenado”
Posibles causas:
Resistencia defectuosa
Inadecuada inclinación de la unidad.
Línea de drenado tapad.
Resistencia de la línea de drenado defectuosa.
Reloj o termostato defectuoso.
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Medidas correctivas posibles:
Reemplace la resistencia.
Revise y ajuste si es necesario.
Limpie la línea de drenado.
Caso 6. “Congelación del serpentín inesperado”
Posibles causas:
Resistencia defectuosa.
Localización del evaporador muy próxima a la puerta o a la entrada.
Ajuste del deshielo bajo el tiempo de terminación del deshielo.
Medidas correctivas posibles:
Cambie la resistencia.
Reubique el evaporador.
Suba más alto el ajuste del control de terminación del deshielo.
5.4.3 Posibles fallas de la unidad condensadora y su solución.
Caso 1. “El compresor no funciona”
Posibles causas:
Interrumpir principal abierto.
Fusible fundido.
Los protectores térmicos de sobrecarga abren.
Contactor o bobina defectuosa.
No se requiere enfriamiento.
El solenoide de la línea de líquido no abre.
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Problemas en el motor eléctrico.
El cableado esta suelto.
Monitor de caída inoperante.
Medidas correctivas posibles:
Cierre el interruptor.
Revise si hay algún corto circuito o toma a tierra en los circuitos eléctricos o el embobinado del
motor. Investigue la posibilidad de descarga. Cambie el fusible después de haber corregido el
problema.
Los protectores de sobrecarga se reemplazan automáticamente. Examine la unidad rápidamente
una vez que esta vuelva a operar.
Repare o reemplace.
Determine el tipo y la causa del paro y solucione el problema antes de restablecer el interruptor de
seguridad.
Ninguna. Espere hasta que lo vuelva a requerir.
Repare o reemplace la bobina.
Revise si el motor tiene desconexiones, corto circuito o está quemado.
Revise todas las uniones del cableado. Apriete todos los tornillos terminales.
Caso 2. “Compresor ruidoso o vibra”
Posibles causas:
Soporte inadecuado de las tuberías de la línea de líquido y su succión.
Compresor deteriorado o desgastado.
Rotación invertida del compresor o scroll.
Medidas correctivas posibles:
Vuelva a colocarla, elimine o añada abrazaderas según sea necesario.
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Reemplácelo.
Recablee para cambiar de fase.
Caso 3. “Presión de descarga alta”
Posibles causas:
Gases no condensables en el sistema.
Sistema de sobrecargado de refrigerante.
Válvulas de servicio de descarga parcialmente cerrada.
El ventilador no funciona.
Control de alta presión mal calibrado.
Serpentín del condensador sucio.
Medidas correctivas posibles:
Elimine los gases no condensables.
Elimine excesos de refrigerante.
Abra la válvula completamente.
Revise el circuito eléctrico.
Ajuste.
Límpielo.
Caso 4. “Presión de descarga baja”
Posibles causas:
Regulación incorrecta de la temperatura del condensador.
La válvula de servicio de succión se encuentra parcialmente cerrada.
No hay suficiente refrigerante en el sistema.
Presión de succión baja.
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Funcionamiento variable de la válvula de la presión del lado de alta.
Medidas correctivas posibles:
Compruebe el funcionamiento del control del compresor.
Abra la válvula completamente.
Revise contrafugas del sistema. Repare y agregue refrigerante.
Consulte las medidas correctivas indicadas para caso de presión de succión baja.
Revise el ajuste de la válvula.
Caso 5. “Presión de succión alta”
Posibles causas:
Carga excesiva.
Sobrealimentación de la válvula de expansión.
Medidas correctivas posibles:
Reduzca la carga o agregar más equipo.
Revise el bulbo sensor. Regule el sobrecalentamiento.
Caso 6. “Presión de succión baja”
Posibles causas:
Falta de refrigerante.
Evaporador sucio o escarchado.
Filtro deshidratador de la línea de líquido obstruido.
Línea de succión o filtros del gas de succión de compresor obstruido.
Mal funcionamiento de la válvula de expansión.
Temperatura de condensación demasiado baja.
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Medidas correctivas posibles:
Revise contrafugas al sistema, repare y agregue refrigerante.
Límpielo.
Cambie él o los cartuchos.
Limpie los filtros.
Revísela y vuelva a ajustarla para el calentamiento adecuado.
Revise los accesorios para regulación para la temperatura de condensación.
Caso 7. “Presión de aceite baja o inexistente”
Posibles causas:
Filtro de succión de aceite obstruido.
El interruptor de seguridad para la presión baja del aceite está defectuoso.
Bomba de aceite deteriorada o desgastada.
El mecanismo de inversión de la bomba de aceite está bloqueado en una posición incorrecta.
Los cojinetes están desgastados.
Bajo nivel del aceite.
Conexiones sueltas o flojas en la línea de aceite.
La junta de la carcasa de la bomba tiene fugas.
Medidas correctivas posibles:
Límpielo.
Reemplácelo.
Cambie la bomba de aceite.
Invierta la rotación del compresor.
Cambie el compresor.
Agregue aceite.
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CAPITULO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
151
Revise y apriete todas las conexiones del sistema.
Reemplace la junta.
Caso 8. “Pérdida de aceite en el compresor”
Posibles causas:
Falta de refrigerante.
Desgaste excesivo de los anillos del compresor.
Inundación de refrigerante en el compresor.
Tuberías o tapas inadecuadas.
Medidas correctivas posibles:
Revise si hay fugas y repórtelas. Agregue refrigerante.
Cambie el compresor.
Mantenga el sobrecalentamiento adecuado en el compresor.
Corrija la tubería.
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CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
153
Con este proyecto realizado puedo decir que fue un gran avance dentro del ámbito profesional
ya que el panorama antes conocido era muy limitado, porque no teníamos la idea de lo que era
hacer un proyecto.
Pero conforme avanzamos, fueron saliendo obstáculos, por ejemplo no sabíamos de donde
obtener ciertos datos que eran necesarios para llevar a cabo un cálculo sustancialmente
necesario ya fuera para el cálculo por producto ó una simple forma de acomodar y estibar el
mismo, para poder dimensionar el espacio requerido para almacenar.
Es gracias a estos pequeños obstáculos que nos dimos cuenta de que el ingeniero debe
conocer las formas y maneras de obtener todo lo que necesita para poder desarrollar cualquier
proyecto de la mejor manera.
Así pues pudimos constatar que los conocimientos obtenidos en estas aulas son la base de lo
que hay en la industria y vida laboral.
Además de que nuestro asesor nos enseño que el ingeniero necesita un usar un razonamiento
el cual sea lógico, al mismo tiempo que aplica un criterio para poder desarrollar, emplear,
obtener y diseñar este tipo de sistemas.
ARELLANO MENDOZA JONATHAN
Con la presentación del anterior proyecto se mostró de manera sencilla el funcionamiento de un
sistema refrigerante, el cual, debido a un gas refrigerante éste puede transformar o cambiar la
temperatura de un lugar o instrumentos. Igualmente pudimos hacer la comparación entre
refrigerantes para seleccionar el más adecuado para nuestro proyecto, además de que este
proyecto nos ayudó a afianzar nuestros conocimientos respecto a la termodinámica, y como
esta área de la física está relacionada de manera directa a nuestra vida diaria.
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CONCLUSIONES
154
Su optimo funcionamiento depende de nosotros, así como el desarrollo de cualquier proyecto.
Con lo anterior está en nuestras manos conocer el montaje y funcionamiento de este principio
de enfriamiento, ya que éste es la base para muchos instrumentos de la vida diaria, tales como
aires acondicionados, neveras, enfriadores, etc.
Es importante este desarrollo académico, ya que es fundamental que como personas que
llegaremos a ser profesionales en nuestra área, debemos saber y conocer un poco más o de
manera más profunda los procesos o efectos que se producen en nuestro entorno, es decir, la
naturaleza misma del mundo.
Gracias a esta cátedra, y la posible realización de este proyecto podemos reflejar nuestros
conocimientos adquiridos hasta esta parte de la carrera.
HERNÁNDEZ MENDOZA FERNANDO
El objetivo del proyecto fue llevar a cabo el análisis del proyecto, así como la búsqueda de
posibles alternativas disponibles actualmente en el mercado para poder llevar a cabo el diseño
del sistema de refrigeración para congelar camarón .Para llevar a cabo dicha tarea se
analizarón los distintos componentes necesarios en una instalación de estas características,
investigando en detalle cuáles son los puntos a favor y en contra de todos los elementos
constitutivos de diferentes marcas de equipos de refrigeración. Para los aspectos más teóricos
del proyecto se han consultado numerosos libros y páginas web. La información obtenida se ha
sintetizado resumiendo las partes más importantes. En el estudio de las posibilidades en cuanto
a sistemas de refrigeración, se ve que hay numerosos sistemas disponibles actualmente y que,
dependiendo del dispositivo de enfriamiento del fluido de trabajo, se requerirán unas
necesidades de mantenimiento u otras. El criterio de elección entre alternativas fue el
económico y funcional. Es decir, se busco la simplicidad en cuanto a funcionamiento y a
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CONCLUSIONES
155
prestaciones. Como conclusión importante del proyecto cabe mencionar que la selección de
una alternativa viable no se podía realizar hasta que se tuvieran en cuenta todos los elementos
que interaccionen en la instalación. Ahora habrá que ver que no interaccionen negativamente
entre ellos y que cumplan su función sin alterar las prestaciones de los otros elementos.
ESTRADA ESCOBAR DAVID
En el presente proyecto se realizo en base a los temas involucrados en el cálculo de un sistema
de refrigeración dando énfasis en las condiciones de diseño considerando todos los parámetros
como el lugar, producto, cantidad de producto, número de personas que laborarán, etc., así
como de los equipos que intervienen en el sistema sin olvidar la necesidad de la investigación
por parte del Ingeniero Mecánico responsable del proyecto del tema a tratar, para que de esta
manera aporte con soluciones que conlleven a un sistema más eficiente y seguro.
Como sabemos, dentro del mundo de la Industria de la refrigeración existen muchas maneras
de diseñar un sistema que cumpla los requisitos requeridos por los usuarios, pero sin embargo,
no es menos cierto que de todas estas maneras posibles de resolver el problema un gran
porcentaje está enmarcado bajo las restricciones económicas.
Podemos concluir entonces que una instalación de este tipo involucra el conocimiento del tema
que se está tratando y precisa de una investigación por parte de nosotros, además de la ayuda
del profesor para poder aportar
con sus conocimientos las soluciones más viables y prácticas, para que de esta manera el
sistema reúna todo lo indispensable, siendo eficaz para el propósito para el que fue concebido.
SERRANO PÉREZ JAVIER
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I
Tabla A.1 Corrección de temperatura por efecto solar
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II
Tabla A.2 Espacio, peso y densidad para productos almacenados
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III
Tabla A.3 Características de productos alimenticios
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IV
Tabla A.4 Calor disipado por las personas dentro del espacio refrigerado
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V
Tabla A.5 Coeficientes de transmisión de calor
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VI
Figura A.1 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco
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VII
Figura A.2 Trazo del diagrama de Mollier para R-22
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VIII
Figura A.3 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco por computadora
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IX
Figura A.4 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 por computadora
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X
Figura A.5 Catalogo de evaporadores BOHN
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XI
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XII
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XIII
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XIV
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XV
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XVI
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XVII
Figura A.5 Catalogo de unidades condensadoras BOHN
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XVIII
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XIX
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XX
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XXI
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XXII
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XXIII
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XXIV
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XXV
Densidad del camarón en recipientes de almacenaje
DENSITY of FRESH and FROZEN SEAFOOD
MD. SHAFIUR RAHMAN 1 R.H. DRISCOLL 1
1 Department of Food Science and Technology University of New South Wales P.O. Box 1, Kensington,
NSW 2033 Australia
The apparent density varied from 1042 to 1093 kg/m3 and 972 to 1017 kg/m3 for fresh seafood at 20C
and frozen seafood at -30C, respectively. the apparent density of frozen squid mantle meat decreased
from 1062 to 990 kg/m3 when temperature varied from -1.5 to -40C.
http://www3.interscience.wiley.com/journal/119271951/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0
Cold-Storage Systems > Special Cold Store Doors
Figura A.6 Puertas para cámaras de refrigeración marca HERCULES
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XXVI
Infitting Hinged - Overlap Freezer - Horizontal Sliding -Bi-Parting Horizontal Sliding - Vertical Lift -
Sectional Overhead -Special Applications. The Hercules Infitting Hinged Door is used for hand truck andpersonnel traffic in buildings where environment control is necessary. It is suitable for interior and exterioruses. For larger openings a two panel hinged door is available.
Height 2´6" 6´6" 7´ 8´
Width 2´ 2´6" 3´ 3´6" 4´ 4´6" 5´6"
Thickness 4" 6"
R-Value 33 50
Insulation Foamed-in-place polyiso CFC-free
Door Panel
Structural frame consists of kiln-dried straight-grained Douglas Fir rails and plywood stiles cladwith the specified metal; the core is injected with
foamed-in-place polyurethane. All seams aresealed.
CasingsKiln-dried Douglas Fir saturated in a wood
perservative solution and clad with specializedmetal
Metal26-ga. G-90 galvanized steel, mill finish, stucco
embossed, smooth painted
Paint
Imperial white PPG Durafin 2000(tm) HighPerformance Coating, USDA accepted, warrantedfor 20 years in areas requiring heavy wash down
(subject to terms and conditions of coating warrantyagreement).
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XXVII
Base con ruedas
Marca: P.S.A. PLAST
Ref.: 9654_
Equipada con ruedas de ø100, para cajas y contenedores de 600 x 400 mm o para cajas
Ref.787_ _.
Información detallada del producto Base con ruedas
Base con ruedas para cajas y contenedores de 600 x 400 mm, o para cajas Ref. 787__.Para
facilitar el desplazamiento de cajas y contenedores.
Dimensiones útiles (L x An) 600400 mm
Caja para la industria agroalimentaria
Marca: P.S.A. PLAST
Modelo: 600 x 400 mm
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XXVIII
Para la industria agroalimentaria disponible en 12 versiones
Información detallada del producto Caja para la industria agroalimentaria
Permite una buena circulación del aire, incluso cuando está apilada en las cámaras frigoríficas.
Adecuada para el transporte y almacenaje de una amplia gama de productos (pan, dulces,
quesos, carne, frutos, legumbres, etc.).
Disponible en 12 versiones distintas (3 alturas de apilado, paredes y fondo, llenos o rejados).
Las versiones 9612_, 9615_, 9616_ y 9617_ son estándar y están disponibles para entrega
inmediata.
Dimensiones de acuerdo con las normas Europeas para apilado en paletas.
Base con ruedas (Ref. 9654_) y Tapa Universal 600 x 400 mm (Ref. 3006_) disponibles.
Fabricada en polipropileno copolímero de alta resistencia al impacto, adecuada para contacto
con alimentos.
Bajo pedido: personalización con su nombre, dirección o logotipo.
Medidas exteriores (L x An x Al) Según modelo
Medidas interiores (L x An x Al)
Según modelo
VersiónDimensiones exteriores
(L x An x Al) (mm)Dimensiones interiores
(L x An x Al) (mm)Tipo de cantoReferencia
Toda rejada 600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9610_
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XXIX
600 x 400 x 77 580 x 380 x 75 Cantos bajos 9611_
600 x 400 x 92 580 x 380 x 90 Cantos altos 9612_
Toda cerrada
600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9613_
600 x 400 x 77 580 x 380 x 75 Cantos bajos 9614_
600 x 400 x 92 580 x 380 x 90 Cantos altos 9615_
Fondo cerradoLados rejados
600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9616_
600 x 400 x 77 580 x 380 x 75 Cantos bajos 9617_
600 x 400 x 92 580 x 380 x 90 Cantos altos 9618_
Fondo rejadoLados cerrados
600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9631_
600 x 400 x 77 580 x 380 x 75 Cantos bajos 9632_
600 x 400 x 92 580 x 380 x 90 Cantos altos 9633_
Tabla A.7 Tabla para selección de la caja de almacenamiento del camarón
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XXX
REFERENCIAS
(I)* CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Caridea http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-
bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
(II)* TAXONOMIA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De:
http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
(III)* RELEVANCIA COMO ALIMENTO (2008) Documento recuperado el 25 de marzo De:
http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
(IV)* HIELO FLUIDO (2008) Documento recuperado el 4 de fecrero de 2008 De
http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
(V)* APLICACIONES (2008) Documento recuperado el 10 de febrero de 2008 De
http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
(VI)* GRANJAS DE CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 15 de febrero de 2008 De
http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
(VII)* EN MEXICO ZONAS DE PESCA DEL CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 22 de febrero
de 2008 De:http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/081/htm/sec_6.htm
(VIII)* (XIX) CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS DE MEXICO (2008) Documento recuperado el 28 de
febrero de 2008 De http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/081/htm/sec_6.htm
(X)* (XI)* TERMODINAMICA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
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ANEXOS
XXXI
(XII)* PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA (2008) Documento recuperado el 3 de abril de
2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
(XIII)* SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA (2008) Documento recuperado el 28 de marzo
de 2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
(XIV)* ENTALPÍA (2008) Documento recuperado el 26 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa
(XV)* ENTROPÍA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(informaci%C3%B3n)
(XVI)* FUERZA (2008) Documento recuperado el 25 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza
(XVII)* TEMPERATURA (2008) Documento recuperado el 30 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura#Definici.C3.B3n_formal
(XVIII)* MATERIA (2008) Documento recuperado el 28 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Materia
(XIX)* ENERGÍA(2008) Documento recuperado el 4 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa
(XX)* SUSTANCIA PURA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia
(XXI)* SISTEMA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema
(XXII)* VOLUMEN (2008) Documento recuperado el 7 de abril de 2008 De:
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ANEXOS
XXXII
http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)
(XXIII)* VOLUMEN ESPECIFICO (2008) (XXIV)* VOLUMEN ESPECIFICO PARA UN GAS IDEAL
(2008) Documento recuperado el 20 de marzo de 2008 De:
http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADfico
(XXV)* MASA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Masa
(XXVI)* PRESIÓN (2008) (XXVII)* PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2008) Documento recuperado el 2 de
abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n
(XXVIII)* PRESIÓN MANOMÉTRICA (XXIX)*PRESIÓN ABSOLUTA (2008) Documento recuperado el 8
de abril de 2008 De http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml
(XXX)* ESTADO DE LA MATERIA (2008) Documento recuperado el 29 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia
(XXXI)* CALOR (2008) Documento recuperado el 4 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor
(XXXII)* CONDUCCIÓN (2008) (XXXIII)*CONVECCIÓN (2008) (XXXIV)* RADIACIÓN
(2008) Documento recuperado el 25 de febrero de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_t%C3%A9rmica
(XXXV)*CALOR ESPECIFICO (2008) Documento recuperado el 6 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico
(XXXVI)*CALOR SENSIBLE (2008) Documento recuperado el 10 de marzo de 2008 De
http://www.diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=es&base=arquitectura&page=showid&id=1105
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ANEXOS
XXXIII
(XXXVII)*CALOR LATENTE (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_de_vaporizaci%C3%B3n
(XXXVIII)* CALOR TOTAL (2008) (XXXIX)*CALOR LATENTE DE FUSIÓN (XL)*CALOR LATENTE DE
EVAPORACIÓN (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De
http://www.geocities.com/Colosseum/Slope/1616/Quimica/termo.html
(XLI)* CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN (2008) Documento recuperado el 11 de abril de 2008 De
http://www.astromia.com/glosario/sublimacion.htm
(XLII)* TONELADA DE REFRIGERACIÓN (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_de_refrigeraci%C3%B3n
(XLIII)* REFRIGERANTE (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido_refrigerante
(XLIV)* TEMPERATURA DE SATURACIÓN (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor
(XLV)* VAPOR SOBRECALENTADO (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De
http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria
industrial/respuestas/1723288/vapor-sobrecalentado-o-saturado
(XLVI)* LIQUIDO SUBENFRIADO (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De
http://www.inmecanica.com/termo/termo.html
(XLVII)* PUNTO DE EBULLICIÓN (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3n
(XLVIII)*PUNTO DE FUSIÓN (2008)* Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De
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ANEXOS
XXXIV
http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3n
(XLIX)* DENSIDAD (2008) (L)* DENSIDAD RELATIVA (2008) Documento recuperado el 15 de abril de
2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_relativa
(LI)*CARTA PSICOMÉTRICA (2008) Documento recuperado el 18 de abril de 2008 De
http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080227091330AABNiyW
(LII)* COMPOSICIÓN DE LA CARTA PSICOMÉTRICA Documento recuperado el 18 de abril de 2008
De http://www.mitecnologico.com/iem/Main/CartaPsicrometrica
(LIII)* FLUJO MÁSICO (2008) Documento recuperado el 22 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Gasto_m%C3%A1sico
(LIII)*FLUJO VOLUMÉTRICO (2008) Documento recuperado el 22 de abril de 2008 De
http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal
(LIV)* DIAGRAMA DE MOLLIER (2008) Documento recuperado el 12 de abril de 2008 De
http://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_07/mollier01.htm
(LV)* EFECTO REFRIGERANTE (2008) Documento recuperado el 12 de abril de 2008 De
http://html.Plantas termicas.com/plantas-de-refrigeracion.html