REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO ING. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI DOCENTE DE INGENIERIA MECÁNICA – ELECTROMECÁNICA 2 0 0 9 Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

CAPITULO 5 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN OBJETIVO: Diseño, cálculo y dimensionamiento de un sistema de refrigeración Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.1 INTRODUCCIÓN El cálculo del balance Térmico de una instalación frigorífica pretende determinar la potencia frigorífica necesaria para cubrir las necesidades de la instalación, y en consecuencia, realizar la elección de los equipos frigoríficos de acuerdo con este cálculo. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Las necesidades de la instalación, serán función de: Régimen de trabajo Clima del lugar Tipo, cantidad y estado del producto Temp. del producto a su entrada a la cámara Calor específico Renovación de aire Calor de respiración del producto Calor desprendido por la iluminación Calor debido a existencia de puentes térmicos Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2 CALCULO DEL BALANCE TÉRMICO Para mantener fría una cámara y todo lo que está contenida en ella, es necesario extraer el calor inicial y después el que pueda ir entrando en la cámara, por bien aislada que esté. Él requerimiento total de refrigeración, puede establecerse como sigue: QTOTAL= Q productos + Q otras fuentes Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.1 CÁLCULO DE LAS PERDIDAS POR TRANSMISIÓN El calor que entra en la cámara por transmisión de calor a través de las paredes y el techo viene dada por la expresión. Q1= U*S*∆T Siendo: Q; Tasa de calor en [Kcal/dia] o [W] U; coeficiente de transferencia de calor [w/m2 ºC] [Kcal/h m2 ºC] S; superficie de la pared en m2 Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Para determinar el coeficiente global de transmisión de calor se emplea la siguiente expresión: Siendo f0 y f i los coeficientes de convección exterior e interior. e 1 … los espesores de los diferentes elementos que constituyen la pared. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Cálculo de la temperatura exterior base o de proyecto. TEB= 0,6 Tmáx + 0,4 Tmed Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.2 CÁLCULO DE LAS PERDIDAS POR REFRIGERACIÓN DE LOS PRODUCTOS. La carga calorífica correspondiente a la conservación de los alimentos puede dividirse en distintos sumandos según el caso. Refrigeración de alimentos Congelación de alimentos Calor de respiración de alimentos Calor del embalaje. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Q2=Q21+Q22+Q23 Q21; Necesidades por enfriamiento del producto antes de solidificar. Q22; Necesidad por congelamiento. Q23, Necesidad por enfriamiento del producto tras la congelación hasta la temperatura de régimen. a) La carga calorífica de refrigeración para condiciones de conservación del producto es: Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Q2=Q21+Q22+Q23 Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Q21=m cp (Te - Tf) m; masa del producto que debe enfriar, en kg. Cp, calor específico del producto antes de la congelación.( Su valor puede verse en tablas) Te; temperatura del producto al entrar en la cámara. Tf; temperatura del producto al final del enfrimiento, en ºC (esta temperatura será superior a la de la congelación) Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Q22=m ∙ L Siendo: m ; masa del producto que debe congelar. L, calor latente de solidificación, en [kcal/kg] Calor latente es la cantidad de calor necesario para cambiar el estado de un cuerpo sin alterar su temperatura. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

b) Enfriamiento del producto tras la congelación Q23=m c3 (Tcong – TR) Siendo: m; masa del producto, en kg C3 ; calor específico del producto congelado [kcal/kg ºC] Tcong; Temperatura de congelación, en ºC o ºK. TR; Temperatura en Régimen, en ºC. O ºK Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

La temperatura de congelación de los distintos productos es variable pudiéndose tomar como orientativos los siguientes valores, o consultar bibliografía especializada. PRODUCTO TEMPERATURA DE CONGELACIÓN [ºC] Carnes de ave -2,7 Carnes de ovino -2 Carnes de porcino Carne de vacuno Frutas frescas De -0,3 a -3 Huevos -2,2 Leche -0,6 Pescados Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

c) Calor de respiración de los alimentos En las frutas y las verduras, el género continúa madurando en el interior de la cámara frigorífica, liberando un calor por respiración, que puede determinarse por la siguiente expresión; Qs= cs m Siendo: cs; calor de respiración, puede obtenerse en tablas, en Kcal/[Tn dia]. m: masa del producto en kg. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

d) Calor del embalaje En las mercaderías embaladas, no debe despreciarse el calor generado por el emboltorio del producto. Qe=me ∙ce ∙(Te - Tf) Siendo: Ce; calor específico del material del embalaje me; masa del embalaje Te y Tf ; temperatura de entrada y final del género. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.3 Cálculo de las necesidades por la iluminación Estas dependen del nivel lumínico proyectado en el recinto frigorífico y del tiempo de utilización. Q3= Pilum H Siendo; Pilum ; potencia de las luminarias, en [W] H : nº de horas de funcionamiento diario. 1 kW= 860 kcal/h= 3600 kJ/h Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.4 Cálculo de las necesidades debidas al calor desprendidas por las personas Estas dependerán del número de personas que entren diariamente en la cámara,del trabajo que en ella realicen y del tiempo de permanencia de la misma. Q4=n∙ c pers ∙Hpers Siendo; n ; nº de personas Cpers ; calor emitido por cada persona Hpers ; Número de horas que cada persona permanece en el interior de la cámara/día Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.5 Cálculo de las necesidades por renovación de aire El aire de las cámaras frigoríficas con temperatura de trabajo superior al punto de congelación, debe renovarse por aire fresco que dependerá del producto almacenado. La expresión utilizada para su cálculo es: Q5= V∙ (∆h) ∙ ρmed ∙n Siendo; V ; volumen de la cámara o recinto frigorífico, en m3 (∆h); Diferencia de entalpía entre el aire exterior y el aire de la cámara. med: Densidad media del aire entre las condiciones y exteriores, en kg/m3 n; número de renovaciones de aire por día. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.6 Cálculo de las necesidades debidas al calor desprendidas por los ventiladores Este cálculo pretende obtener el equivalente calorífico del trabajo realizado por los motores instalados en el evaporador. Q6=V∙ cv Siendo ; V ; volumen de la cámara o recinto frigorífico, m3 Cv, Calor desprendido por los ventiladores [Kcal/m3 día] Una ves elegidos los equipos, podrá efectuarse la comprobación sobre la estimación realizada y recalcular de nuevo, si se desea el valor de Q6. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.7 Carga total La carga Térmica total se obtienen sumando todas las cargas parciales enunciados. QTOTAL=Q1+ Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 Esta carga total están referidas a un periodo de 24 horas, por lo que debemos fijar el numero de horas de funcionamiento del compresor, en el caso de instalaciones comerciales es de 14 a16 hrs/dia. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

La potencia frigorífica de la máquina es; Tomando el criterio de margen de seguridad el 10 % de la carga obtenida. QFRIG=QTOTAL + 0,1 QTOTAL NR = QFRIG 24/16 [W] En el caso de instalaciones comerciales es 14-16 horas/día. En máquinas industriales de 18-20 horas/diA. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.3 CRITERIOS DE DISEÑÓ DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN 5.3.1 Cálculo y diseño de una instalación de refrigeración comercial; Datos de diseño Carga de enfriamiento Temperatura interior de la cámara Humedad relativa de la cámara frigorífica Elegir el refrigerante a utilizar Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.3.1 Cálculo y diseño de una instalación de refrigeración comercial; Calculo de la temperatura y presión de evaporación Ejemplo: Te= - 10 ºC pe= 3,7 bar Cálculo de la temperatura y presión de condensación Tc=43 ºC Pc =16 bar Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.3.1 Cálculo y diseño de una instalación de refrigeración comercial; Cálculo de la relación de compresión r=Pc/Pe Ciclo frigorífico Con pc y pe trazamos en el diagrama presión entalpía, las líneas de condensación y evaporación. Cálculo del flujo másico Cálculo de la potencia del motor eléctrico Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

Cálculo del coeficiente de funcionamiento. Cálculo del condensador Selección del evaporador. Selección de tuberías Para garantizar el correcto retorno de aceite por la línea de aspiración, se debe seleccionar adecuadamente el diámetro de tuberías. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

l) Selección de accesorios a partir de catálogos de fabricante l) Selección de accesorios a partir de catálogos de fabricante. Se puede recurrir a catálogos de fabricantes de accesorios. Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani

V I V E Disfrútala Los caminos de la vida son difíciles, Como tu lo quieras hacer. Puedes volar sobre ellos disfrutando las cosas buenas y malas, gozando cada gota de alegría, remediando las heridas de las tristezas. La vida es bella con sus errores, alegrías y obstáculos. Disfrútala Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani