DISEÑO DE CÁMARA DE REFRIGERACIÓN 1. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA: En la tabla siguiente tenemos un resumen de los datos establecidos para poder iniciar el proceso de cálculo: cálculo: DATOS SÍMBOLO VALOR UNIDADES Temperatura exterior Ta 22.4 °C Temperatura interior(cámara) Tc -20 °C Humedad exterior(relativa) Hext 83.6 % Humedad interior(relativa) Hint 80 % Volumen de cámara Vc 180 m Flujo del producto W 900 Kg/día Temperatura de entrada del producto Tep 22.4 °C Calor específico sobre congelamiento(aves) congelamiento(aves) Ce(sobre cero) 0.75 Kcal/Kg*°C Calor específico bajo congelamiento(aves) congelamiento(aves) Ce(bajo cero) 0.40 Kcal/Kg*°C Calor latente de fusión(aves) Cf 59 Kcal/Kg Para elegir el espesor de aislamiento se va a la Tabla N°5 y con la temperatura de almacenamiento (-20°C) y el material de aislante seleccionado s eleccionado (poliestireno expandido); expandido); así para las características anteriormente seleccionada el espesor es de 150mm. Tipo de refrigerante: R404A
1. 1. Ganancia por transmisión de calor: por paredes, techo, piso y puerta
Calculo por transmisión de calor producido por el piso: Área del piso: 9m*5m = 45m 2 Material del piso: Ladrillo hueco de 2celdas, 6” Material de aislamiento: Poliestireno expandido
R
Material
Resistencia
Espesor
R 1 Ladrillo hueco de 2celdas, 0.31 (total)
Resistencia total(material) 0.31
-
6”
R 2 Poliestireno expandido
0.32 (por cm)
150mm 15cm
= 4.8
Dónde: Q1: Calor por transmisión aportado por el piso ΔT: Temperatura del piso-Temperatura de la cámara Temperatura del piso: 22.4°C Temperatura de la cámara: -20°C
ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C
Calculo por transmisión de calor producido por la pared del lado este: Área de la pared: 4m*5m = 20m 2 Material de la pared: Ladrillo común Material de aislamiento: Poliestireno expandido
R
Material
R 1 Ladrillo común R 2 Poliestireno expandido
Resistencia
Espesor
0.02 (por cm) 0.32 (por cm)
10.16cm 150mm = 15cm
Resistencia total(material) 0.2032 4.8
Dónde: Q2: Calor por transmisión aportado por la pared del lado este ΔT´: ΔT+ ΔT ´´ ´´ ΔT : Corrección de temperatura por ΔT: Ta-Tc
radiación solar
De la Tabla N°6: Corrección de temperatura por radiación solar seleccionamos el valor a agregar a ΔT, con los parámetros: -Pared Este -Superficie de color medio: ladrillo -Valor a agregar es ΔT´´=3.3°C
ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C ΔT´=42.4°C+3.3°C=45.7°C
Calculo por transmisión de calor producido por la pared del lado sur: Área de la pared: 9m*4m = 36m 2 Material de la pared: Ladrillo común Material de aislamiento: Poliestireno expandido
R
Material
R 1 Ladrillo común R 2 Poliestireno expandido
Resistencia
Espesor
0.02 (por cm) 0.32 (por cm)
10.16cm 150mm 15cm
Resistencia total(material) 0.2032 = 4.8
Dónde: Q3: Calor por transmisión aportado por la pared del lado sur ΔT: Ta-Tc ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C
Calculo por transmisión de calor producido por la pared del lado norte: Área de la pared: 9m*4m = 36m 2 Material de la pared: Ladrillo común Material de aislamiento: Poliestireno expandido
R
Material
R 1 Ladrillo común R 2 Poliestireno expandido
Resistencia
Espesor
0.02 (por cm) 0.32 (por cm)
10.16cm 150mm 15cm
Resistencia total(material) 0.2032 = 4.8
Dónde: Q4: Calor por transmisión aportado por la pared del lado norte ΔT: Ta-Tc ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C
Calculo por transmisión de calor producido por la pared del lado oeste y la puerta: Área de la pared con la puerta: 5m*4m = 20m 2 Área de la puerta: 2m*2.5m = 5m 2
Entonces el área de la pared construida de ladrillo común es: 20m 2-5m2=15m2 Material de la pared: Ladrillo común Material de aislamiento: Poliestireno expandido Material de la puerta: Poliuretano
R
Material
Resistencia
Espesor
Resistencia total(material) 0.2032 = 4.8
R 1 Ladrillo común R 2 Poliestireno expandido
0.02 (por cm) 0.32 (por cm)
R 3 Poliuretano
0.34(por cm)
10.16cm 150mm 15cm 3´´=7.62cm
2.5908
Calor de transmisión producido por la pared: QPA:Calor transmitido por la pared
ΔT: Ta-Tc
A=15m2
ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C
Calor de transmisión producido por la puerta: QPU:Calor transmitido por la puerta
ΔT: Ta -Tc
ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C
El calor transmitido por la pared y la puerta: es de 208.9466 kcal/h Dónde: Q5: Calor por transmisión aportado por la pared del lado oeste y la puerta
Calculo de transferencia de calor por el techo: Área de la pared: 9m*5m = 45m 2 Material del techo: Ladrillo hueco de 2celdas,6´´ Material de aislamiento: Poliestireno expandido
R
Material
Resistencia
Espesor
R 1 Ladrillo hueco de 0.31 2celdas,6´´ R 2 Poliestireno expandido 0.32 (por cm)
150mm 15cm
Dónde: Q6: Calor por transmisión aportado por el techo ΔT´: ΔT+ ΔT ´´
Resistencia total(material) 0.31 = 4.8
´´
ΔT : Corrección de temperatura por ΔT: Ta-Tc
radiación solar
De la Tabla N°6: Corrección de temperatura por radiación solar seleccionamos el valor a agregar a ΔT, con los parámetros:
Techo plano Superficie de color medio: ladrillo Valor a agregar es ΔT´´=8.3°C
ΔT=22.4°C-(-20°C)=42.4°C ΔT´=42.4°C+8.3°C=50.7°C
Sumatoria de ganancia de calor por transmisión de calor: por paredes, techo, piso y puerta. QTC1: Sumatoria de calor por transmisión de calor
1.2.Ganancia de calor por infiltración Temperatura bulbo húmedo=22.4°C Temperatura bulbo seco=24.8°C Pabs=1atm Hext=83.6% A la Gráfica N°1(Carta psicrométrica) se entra con temperatura exterior de 22.4°C y se traza una línea (\) hasta llegar a la humedad de 83.6% al llegar al valor de la humedad se traza una línea recta (|) hacia la temperatura de bulbo seco, de la temperatura de bulbo seco se traza otra recta (\) para saber la entalpia; resultando la entalpia25.4kJ/Kg aire seco y el Volumen (m 3/Kg aire seco) es 0.845
ha= 25.4kJ/Kg
Calor del aire:
Dónde: Qi: Calor por infiltración
Para eel número de renovaciones por día se entra a la Tabla N°9, entramos con el volumen de cámara que es de 180m3 pero al no haber este volumen considerare como si fuera una cámara de 200m 3, siendo el número de renovaciones por día: 4.6
1.3.Carga térmica de los productos Se requiere congelar 900Kg/día de carne de pavo (cuyo punto de congelamiento es 20°C) desde 22.4°C. El valor del calor específico y el calor de congelación o fusión se encuentra en la Tabla N°3 para carne de aves. La temperatura de almacenamiento, la humedad relativa se encontró en la Tabla N°2 para aves congeladas.
Calor sensible sobre el congelamiento
Asumiendo que la temperatura de la carne es igual a la temperatura exterior Tep=22.4°C T2=0°C W=900Kg/día Ce(sobre cero)=0.75kcal/Kg-°C
Calor latente de congelamiento
W=900Kg/día Cf =59kcal/Kg
Calor sensible por debajo del congelamiento
Asumiendo que la temperatura de la carne es igual a la temperatura exterior T2=0°C T3=-20°C W=900Kg/día Ce(bajo cero)=0.40kcal/Kg-°C
Carga total del producto Calor sensible sobre congelamiento: 15120kcal/día = 630kcal/h Calor latente de congelación: 53100kcal/día = 2212.5kcal/día Calor sensible bajo congelamiento: 7200kcal/día = 300kcal/día
Dónde: QTP: Carga total del producto
1.4.Cargas suplementarias La carga total suplementaria en la cámara mantenida a -20°C si hay 6 focos de 100W cada uno, encendidos durante el tiempo que las personas permanecen en el interior, 3 personas que trabajan 3 horas diarias en promedio, un motor de 3/4HP que acciona los ventiladores que trabaja 18 horas diarias. De Tabla N°7 con la temperatura de la cámara -20°C y el número de persona que trabajan en la cámara tenemos el calor liberado por persona que es de 325kcal/h.
Iluminación:
Motor:
Personas:
Sumatoria de cargas suplementarias:
1.5. Carga horaria total ∑calores: Sumatoria de calor por la causa de transmisión de calor, infiltración de aire, carga de los productos y las cargas suplementarias.
El número de horas de funcionamiento será de 18 horas diarias, ya que el resto de horas es suficiente para el desescarchado.
A la carga térmica se le aumentara un factor de seguridad de 1%, es de 1% porque hay varios elementos que no se han incluido para el calor total (como el tipo de embalaje, esquineros, tarimas, cajas entre otros)
2. SELECCIÓN DE EQUIPOS PRINCIPALES 2.1. Selección de evaporadores Para ello necesitamos saber el valor de la carga térmica, la temperatura de la cámara y su humedad relativa. Carga térmica (CT): 10.0991kW HR: 80% TC: -20°C Con estos datos entramos a buscar el modelo de evaporador en el catálogo “LU-VE CONTARDO”. Se puede observar de la Gráfica N°2 que para una humedad relativa de 80% se tiene una ΔT1=8K Con esta variación de temperatura, la temperatura de la cámara y el tipo de refrigerante se va a la gráfica N°3 para hallar el FC (factor de corrección de la capacidad), para lo cual resulto el FC=0.5 Ahora con estos datos se puede hallar la capacidad térmica corregida.
La selección del evaporador es B3HC323E50 cuya capacidad es 20200W, dato hallado de la Tabla N° 10.
B= Beneficio 3= ϕ350mm H= Hitec® C=Cubico 323= Modelo E=descongelación eléctrica 50=4.8mm (paso de aleta)
Otras características de la selección del evaporador se encuentran en la Tabla N°11 y N°12, para lo cual se entra a esas tablas con el modelo 323-50.
2.2.Selección de compresores La selección del compresor se hace en función de los siguientes parámetros: Carga térmica: 10.0991kW Temperatura del evaporador: -27.9°C Temperatura del condensador: 32.4°C* Tipo de refrigerante: R404a *Esta temperatura es para un condensador expuesto al ambiente, siendo 22.4°C la temperatura del ambiente y la temperatura para que se condense el refrigerante en el país normalmente se le aumenta 10°C a la temperatura ambiente para que condense el refrigerante. En el catálogo de compresores semi-herméticos “BITZER INTERNATIONAL” no encontramos estas temperaturas por lo que iré a -30°C como temperatura de evaporación y 40°C como temperatura de condensación, elijó estos valores porque son menos desfavorables para el sistema. Temperatura del evaporador -30°C es el menor valor inmediato respecto la temperatura que tengo y la temperatura inmediata del condensador es 40°C. Al ir al catálogo “BITZER INTERNATIONAL” (Tabla N°13) para refrigerante R1404a. Buscamos la columna de temperatura del evaporador:-30°C, y buscamos el valor de la carga térmica, cruzándolo con la fila que corresponde a la temperatura del condensador: 40°C. Encontramos que el valor de carga 10190W es el que excede a nuestro requerimiento que es de 10099.1W; que viene a ser el modelo 4PCS-15.2Y La potencia consumida es 6.17kW.
Los datos técnicos del compresor se encuentran en la Tabla N°14.
2.3.Selección de condensadores Para la selección de condensadores se necesita saber: Temperatura ambiente=22.4°C Temperatura de condensación=40°C Tipo de refrigerante=R424a Altitud del Callao=7m Con estos datos obtenemos: ΔT=Temperatura de
condensación-temperatura ambiente=17.6°C
Dónde: PC: Potencia del condensador PE: Potencia del evaporador FC: Factor del compresor 15/ΔT: Factor ΔT
FT: Factor temperatura ambiente FA: Factor altitud FR: Factor refrigerante
Estos factores lo obtenemos de la Gráfica N°4 FC=1.9 15/ΔT=0.8523 FT=0.994 FA=1 FR=1
Entonces:
Del catálogo de condensadores “LU-VE CONTARDO” se pedirá el condensador EAV5N5311H, lo podemos verificar de la Tabla N°15 EA: Avance extra V: Refrigerado por aire 5:ϕ500mm N: Normal Código: 5311 H: Instalación vertical
2.4.Selección de válvula de expansión termostática Datos para la selección: Capacidad del evaporador (carga térmica) Información inicial (calor necesario en la cámara) Temperatura de evaporación (T 0) Temperatura de condensación (T c)
T0=temperatura de la cámara- ΔT → Normalmente T0=Tcamara-10 Tc=Taire/agua+ΔT → Normalmente Tc=Taire/agua-10 Selección: La temperatura de condensación se corresponde a la presión de alta (P c). La temperatura de evaporación se corresponde a la presión de baja (P e). Perdida de presión en la tubería (P PT) está estimada en 2bar. Perdida de presión en la válvula: ΔP * ΔP=Pc-Pe- PPT * Está estimado en 2bar El refrigerante es R404A Capacidad del evaporador: 20.2kW Temperatura de la cámara: -20°C Temperatura ambiente: 22.4°C
Pe=2.04bar Pc= 18.23bar
Subenfriamiento: Tsalida del condensador -Tentrada VET Pérdida de presión en la tubería: 2bar Temperatura de evaporación: -20-10=-30°C Temperatura de condensación: 22.4+17.6=40°C Subenfriamiento 10°C=10K
Con estos datos se va al catálogo “DANFOSS” para válvulas de expansión termostática; se busca la tabla correspondiente al refrigerante R404A se busca los datos correspondientes a T evaporador =-30°C, al encontrar la tabla del refrigerante se va a la Tabla N°de factor de corrección F sub y FP, siendo FSub=1.1 cuando el subenfriamiento=10K y el F P=0.92 para una caída de presión de 2bar y temperatura de evaporación de -30°C (estos datos se encuentran en la Gráfica N°5)
3. SELECCIÓN DE COMPONENTES SECUNDARIOS 3.1. Líneas
Línea de succión: Es la línea que va evaporador al compresor.
La potencia de la línea: 20.2kW (capacidad del evaporador)=5.7Ton de refrigeración La longitud del tramo: 3 1/2m Codos: 3
Válvulas: 1 Temperatura de evaporación del refrigerante: -30°C Temperatura de condensación del refrigerante: 40 (º C) De la Gráfica N°6, entramos con carga térmica que es de 5.7Ton resultando el diámetro de tubería es 2 5/8” cuya velocidad en la línea es de 2000ft/min.
Línea de líquido: Es la línea que va del condensador a la válvula de expansión.
La potencia de la línea: 20.2kW (capacidad del evaporador)=5.7Ton de refrigeración La longitud del tramo es de 6m Codos: 4 Válvulas: 1 De la Gráfica N°6, entramos con carga térmica que es de 5.7Ton y encontramos el diámetro de tubería que es de 5/8” con velocidad en línea es de 180ft/min, de la Gráfica N°6
Línea de descarga: Estará formada por un solo tramo que irá desde el compresor al condensador.
La longitud del tramo de descarga: 3m; 1.5m serán instalados en dirección horizontal y los otros 1.5m en vertical. (Recordar que el condensador estará situado en la cubierta, mientras que el compresor lo encontraremos en la sala de máquinas y la salida del conducto de descarga estará a 1,5m del nivel del suelo). Codos: 4 Válvulas: 1 El diámetro de tubería es de 1 5/8” con velocida d
de línea de 500ft/min, de la
Gráfica N°6.
3.2.Filtros Carga térmica: 20.2kW Refrigerante: R404A Con estos datos se ingresa a la Tabla N°17, donde se elige el filtro que tiene una capacidad de 14kW que es superior a la carga térmica de 10.0991 siendo el filtro seleccionado (DML 053/053S) del catálogo “DANFOSS”.
3.3.Visor El visor de líquido elegido es el (MLI) del catálogo “DANFOSS”.
3.4.Solenoide De la Tabla N°18 se seleccionó el tipo de válvula NEVL202DXF0@3* , del catalogo “DANFOSS”
3.5. Presostato La elección del presostato es del catálogo “DANFOSS”, y se muestra en la Tabla N° 19 siendo el tipo de presostato ( KPS35).
3.6. Termostato La elección del termostato es del catálogo “DANFOSS” y se muestra en la Tabla N°20
el tipo elegido es (KPS76)
3.7. Separador de aceite Separador de aceite tipo (OUB-1).
El tipo de aceite utilizado para este tipo de refrigerante (R404A) es el Poliolester (POE) 4. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE OPERACIÓN: PRESIÓN DE ALTA Y PRESIÓN DE BAJA
La presión de alta se halla con la temperatura de condensación (parte del sistema de refrigeración bajo la presión del condensador).
La presión de baja se halla con la temperatura de evaporación (parte del sistema de refrigeración bajo la presión del evaporador).
Estas presiones se encuentran en la Tabla N°21, con la presión absoluta (en bar) de burbuja.
Evaporación Condensación
Temperatura (°C) -30 40
Presión absoluta (bar) 2.09 18.23
ANEXOS: TABLA N°1: TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA DE LAS PRINCIPALES CIUDADES DE LA COSTA PERUANA
TABLA N°2: ALMACENAMIENTO DE COMESTIBLES
TABLA N°3: CALOR ESPECÍFICO DE ALIMENTOS
TABLA N°4: COEFICIENTES DE TRANSMISIÓN DE CALOR
TABLA N°5: MÍNIMO ESPESOR DE AISLAMIENTO RECOMENDADO
TABLA N°6: CORRECCIÓN DE TEMPERATURA POR RADIACIÓN SOLAR
TABLA N°7: CALOR LIBERADO POR PERSONAS
TABLA N°8: CALOR DISIPADO POR MOTORES ELECTRICOS
TABLA N°9: RENOVACIÓN DE AIRE DIARIO POR LAS ABERTURAS DE LAS PUERTAS PARA “CÁMARAS NEGATIVAS” Y “CÁMARAS SOBRE 0°C”
TABLAN°10: SELECCIÓN DEL EVAPORADOR
TABLA N°11 DATOS COMUNES PARA EVAPORADORES B3HC-S3HC
TABLA N°12 DATOS COMUNES PARA EVAPORADORES B3HC-S3HC
TABLA N°13 CÁTALOGO DE SELECCIÓN DE COMPRESORES PARA R404a
TABLA N°14: DATOS TÉCNICOS PARA COMPRESORES
TABLA N°15: SELECCIÓN DE CONDENSADORES
TABLA N°16: SELECCIÓN DE VET
TABLA N° 17: SELECCIÓN DEL FILTRO SECADOR
TABLA N° 18: SELECCIÓN DE SOLENOIDE
TABLA N°19: SELECCIÓN DE PRESOSTATO
TABLA N°20: SELECCIÓN DE TERMOSTATO
TABLA N°21: TABLA DE PROPIEDADES DEL REFRIGERANTE R404A
GRÁFICA N°1: CARTA PSICROMÉTRICA
GRÁFICA N°2: ΔT1 PARA EVAPORADORES DE L CATALOGO “LU -VE CONTARDO”
GRÁFICA N°3: FACTOR DE CORRECCIÓN PARA LA ELECCIÓN DE EVAPORADORES
GRÁFICA N°2: ΔT1 PARA EVAPORADORES DE L CATALOGO “LU -VE CONTARDO”
GRÁFICA N°3: FACTOR DE CORRECCIÓN PARA LA ELECCIÓN DE EVAPORADORES
GRÁFICA N°4: PARA HALLAR LA CAPACIDAD DE CONDENSADORES
GRÁFICA N°5: GRÁFICA DE FACTOR DE CORRECCIÓN PARA LA SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE EXPANSIÓN
GRÁFICA N°6:
NOMBRES Y APELLIDOS: Dalila Isabel Falcón Paz
