Resumen de Cálculo de la carga de enfriamiento La carga de enfriamiento de un equipo de refrigeración es la suma de las cargas térmicas en las que están involucradas diferentes fuentes. Alguna las fuentes más comunes de cargas en refrigeración son:
1.- calor que pasa del exterior al espacio refrigerado por conducción a través de las paredes no aisladas. 2.- calor que llega al espacio por radiación directa a través de vidrieras o de otros materiales transparente. 3.- calor que pasa al espacio deido al aire exterior caliente el cual pa! a través de las puertas que se aren " a través de rendi#as que $a" alrededor de puertas " ventanas. %.- calor cedido por el producto caliente a medida que su temperatura es a#ada $asta el nivel deseado. &.- calores cedido por las personas dentro del espacio refrigerado. refrigerado. '.- calor cedido por cualquier equipo productor de calor locali!ado dentro del espa espaci cio o tale tales s como como moto motore res s eléc eléctr tric icos os(( alum alumr rad ado( o( equip equipo o elec electr trón ónic ico( o( etcétera). *a" que tener en cuenta que no todas estas fuentes de calor intervienen al mismo tiempo en una aplicación " que la importancia de que cada fuente de calor con respecto a la carga de enfriamiento total var+a consideralemente para cada aplicación espec+,ca.
Tiempo de funcionamiento del equipo ara ara calcular calcular la capacida capacidad d requerida requerida del equipo equipo en tu/$r( se divide divide la carga total total que corresp correspond onde e al per+od per+odo o de 2% $oras entre entre el tiempo tiempo deseado deseado de funcionamiento del equipo. Capacid Capacidad ad de equipo equipo reque requeridaen ridaen Btu / hr =
C arga arga de enfri enfriam amie ientotot ntototal al , Btu Btu /24 hr tiempo tiempo desead deseado o de funcio funcionami namiento ento ,hr
0n aplicaciones para refrigeración la carga carga total enfriamiento enfriamiento por lo general se calcula en per+odos de 2% $oras( o se expresa en Btu/ 24 hr eido a la necesidad de des$ielar el evaporador a intervalos frecuentes( no resulta práctico disear el sistema de refrigeración de manera que el equipo traa#e continuamente para refrigerar al producto. producto.
or qué es necesario des$ielar el serpent+n4 eido a que la acumulación de escarc$a sore serpent+n tiende aislar al serpent+n " reducir la capacidad del mismo la escarc$a dee periódicamente eliminada aumentando la temperatura de la super,cie serpent+n arria del punto de congelación del agua " manteniendo la en ese nivel $asta que la escarc$a se derrita eliminando la " sacándola del espacio a través del drena#e del condensado. 5étodos para des$ielar el serpent+n: 5étodo ciclo fuera consiste en parar el compresor " dar lugar a que el evaporador ser caliente $asta la temperatura que se tienen el espacio " conservarlo a esa temperatura por tiempo su,ciente $asta que se terminen el des$ielar serpent+n. 0ste método de des$ielo es lento "a que el calor que se necesita para fundir el $ielo de serpent+n proviene del aire que se encuentra en el espacio refrigerado " se requiere un tiempo considerale para completar el proceso. La experiencia $a demostrado que cuando se usa el sistema ciclo fuera para des$ielo( el tiempo máximo de funcionamiento permitido al equipo de es de 1' $oras por cada per+odo de 2% $oras( las otras 6 $oras se ocupan para el des$ielo. 7uando la temperatura del espacio refrigerador se mantiene a menos de 3%8 9 este método no resulta práctico. or lo tanto para las aplicaciones en las que la temperatura dee estar a menos de 3%8 9( el método para des$ielar el serpent+n consiste en utili!ar un calor suplementario. e tal manera que la super,cie serpent+n se calienta en forma arti,cial "a sea con elementos eléctricos( con agua( o con gas caliente que la descarga del compresor. 0l des$ielo por cualquiera de estos medios resultan ser muc$o más rápido en el des$ielo con el método ciclo fuera. Al utili!ar calor suplementario para el des$ielo el tiempo de funcionamiento del equipo es ma"or que al utili!ar el método ciclo fuera. 0l rango de funcionamiento de los equipos que utili!an el des$ielo por calor suplementario es de 16 a 2 $oras por cada per+odo de 2% $oras( dependiendo de cada caso será la frecuencia de des$ielo. 7omo regla general se utili!a el valor de 16 $oras como tiempo de funcionamiento.
Cálculo de la carga de enfriamiento ara simpli,car los cálculos de la carga la carga total de enfriamiento se divide en un determinado n;mero de partes de acuerdo a las fuentes de calor( " la suma de estas cargas parciales será la carga total de enfriamiento del equipo. 0n refrigeración comercial las cargas parciales son: 1) la carga que se gana en paredes <= arreras) 2) la carga por camio de aire <= in,ltración) 3) la carga por producto <= producto)
%) cargas varias o suplementarias <= misceláneas)
Ganancia de carga por paredes (Q barreras) >amién se le llaman carga de fuga( de una medición del calor que ?u"e por conducción a través de las paredes del espacio refrigerado del exterior $ac+a el interior. eido a la diferencia de temperaturas entre el exterior e interior " porque no $a" aislamiento perfecto siempre se tendrá una ganancia de calor. 0sta carga representa una uena parte de la carga total enfriamiento.
La carga por cambio de aire 0ste calor se gana cuando el aire caliente del exterior entra al espacio para reempla!ar al aire fr+o más denso. 0sto puede ser al arir una puerta. 0l calor que dee ser eliminado por este aire caliente del exterior " disminuirle su temperatura " contenido de $umedad a las condiciones de diseo del espacio constitu"e en una parte de la carga de enfriamiento total del equipo.
La carga por producto La constitu"e el calor que dee ser eliminado del productor refrigerado a ,n de que la temperatura del mismo a#e $asta el nivel deseado nuestro entorno a la igual. La importancia de la carga del producto con respecto a la carga total de enfriamiento( varia con la aplicación espec+,ca al igual que con las demás cargas parciales. @no de los casos cuando no se considera la carga por el producto es cuando el producto ingresa al espacio refrigerado a la misma temperatura de almacena#e. in emargo en el caso que el producto entre al espacio refrigerador a una temperatura superior a la temperatura de almacena#e dee considerarse la las cargas por producto como parte de las cargas totales del equipo de enfriamiento. 0n algunos casos el producto entre una temperatura inferior a la temperatura de almacena#e( tal es el caso del $elado que frecuentemente se enfr+a a la temperaturas 8 a - 1 8 9 en el proceso de endurecimiento( " se almacena a 18 9 generalmente porque es la temperatura ideal a la cual el $elado se inclina.
Cargas varias Llamadas a veces cargas suplementarias( toman en cuenta varias fuentes de calor. Las principales son producidas por las personas que traa#an dentro del espacio refrigerado( el alumrado " otros equipos eléctricos funcionando dentro del espacio refrigerado. ara casi todas las aplicaciones de refrigeración comercial( las cargas varias son relativamente pequea( por lo general son otenidas por alumrado " por los motores de los ventiladores utili!ados dentro del espacio refrigerado.
Factores que determinan la ganancia en paredes La cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo a través de las paredes de un espacio refrigerado( es función de tres factores cu"a relación se expresa a través de la siguiente ecuación: Q= A∗U ∗ D ( 10−2 )
donde = B cantidad de calor transferida en tu por $ora( A B aire de la super,cie de la pared externa
amién en la tala 1-% se puede otener la conductancia o conductividad de casi todos los materiales que se utili!an en la construcción en paredes de almacenamientos fr+os. La conductividad térmica o factor D de un material es la ra!ón en tu por $ora a la cual pasa calor a través de una super,cie de 1 pie 2 para un material de 1 plg de espesor por cada 1 8 9 de diferencia de temperatura a través del material instalado en tu plg / $r pie 2 89. mientras que la conductividad térmica estas dado solo para materiales $omogéneos " el valor dado es para 1
plg de espesor de material( la conductancia térmica o factor 7 está disponile para materiales $omogéneos como para materiales no $omogéneos " el valor esta dado en tu/$r pie 2 89 . utili!ando la fórmula C =k / x se pude otener el valor de la conductancia térmica para cualquier espesor de material en pulgadas. La resistencia que ofrece un material al ?u#o de calor es inversamente proporcional a la $ailidad de la pared o el material a la transmisión de calor. 0ntonces( la resistencia térmica de un material puede expresarse como el rec+proco del coe,ciente total de transmisión( mientras que la resistencia térmica de un material puede expresarse( rec+proco de su conductividad o conductancia( esto es Eesistencia térmica( R=1 / U . 7uando la pared está construida de varias capas de diferentes materiales( la resistencia térmica total de la pared es la suma de las resistencias de los diferentes materiales que constitu"en la pared( inclu"éndose en las pel+culas de aire. 1
1
= +
U
f i
x x x 1 + + + (10−5 ) k 1 k 2 k n f 0
or lo tanto U =
1 1
f i
+
x x x 1 + + + k 1 k 2 k n f 0
onde 1
f i 1
f 0
=coeficiente deconvección , de pared interior, piso o cielo
=coeficiente deconvección, de pared exterior piso o techo.
Diferencial de temperaturas a travs de paredes de almacn fr!o
or lo general se considera que es la diferencia entre las temperaturas de diseo en el interior " el exterior. La temperatura diseo interior es la que dee tenerse dentro del espacio refrigerado diestra depende del tipo de producto almacenado " el periodo de almacenamiento( en las talas 1-F a 1-12 se recomiendan valores de temperaturas interiores para diferentes productos.
Diferencial de temperaturas entre cielo " piso i se encuentra la cámara de refrigeración en el interior de un edi,cio " $a" una separación adecuada entre la parte superior de la cámara de refrigeración " el cielo del edi,cio de modo que pueda circula el aire( tanto el cielo como el piso se consideran como paredes interiores. i la cámara de refrigeración se encuentra en el exterior el tec$o se considera como pared exterior. e aplica lo mismo para el piso excepto cuando el piso del enfriador está colocado directamente sore una placa encima del piso. 7omo regla general siempre se considera el valor muc$o menor que la temperatura de diseo del ulo seco exterior que se tiene en la localidad durante el verano.
#fectos de la radiaci$n solar 7uando las paredes de una cámara de refrigeración están situadas en el exterior de tal manera que recien una cantidad excesiva de calor por radiación( "a sea el sol o cualquier otro cuerpo caliente por lo general la temperatura de la super,cie de la pared exterior es ma"or que la temperatura del aire de medio amiente. eido a que cualquier incremento que se tenga en la temperatura de la super,cie exterior( $ará que se incremente el diferencial de temperatura a través de la pared( " el diferencial la temperatura para paredes soleadas deerá ser corregida para compensar el efecto solar. 0n la tala 1 -' se dan los factores de corrección usados para las paredes asoleadas( estos valores al diferencial de temperatura normal
Cálculo de la ganancia de calor en paredes ee tomarse en cuenta el calor ganado nada a través de todas las paredes( piso " tec$o. 7uando las paredes están compuestas de diferentes materiales el cálculo de la transmisión de calor se reali!ada por separado( si la diferencia de @ es pequea( podrán ignorarse la diferencia de los valores de @ " las paredes o partes podrán agruparse para $ acer el cálculo. Las paredes con valor de @ idénticas podrán considerarse #untas si la diferencia de temperatura es tamién la misma.
Cálculo de cargas por cambio de aire 0ste tipo de carga es dif+cil calcular con exactitud( excepto en algunos pocos los que se conoce la cantidad de entrada de aire para efectos de ventilación( cuando se conocen la entrada de masa de aire que entra del exterior al espacio
refrigerado en un per+odo de 2% $oras( el calor ganado dentro del espacio depende de las entalpias de aire interiores " exteriores " se puede determinar usando la ecuación carga por camiode aire =m ( h0−h i) ( 10−6 )
m=masa de aire queentra al espacio refreigeradoen 24 hr ,en
h0= entalpia del aire exterior en
hi= entalpia del aire interior en
l 24 hr
Btu l
Btu l
in emargo "a que la cantidad de aire por lo general se da en pies c;icos en lugar de liras( para facilidad de cálculos en la tala 1-G A H 1-G se tiene una lista de ganancia de calor por pie c;ico de aire que entra al espacio refrigerado para varias condiciones exteriores e interiores. ara calcular la carga de un per+odo de 2% $oras se multiplica los pies c;icos por el factor apropiado otenido en las talas 1-GI " 1-G . ara calcular la carga de aire por in,ltración a través de las aperturas de puertas para ser un cálculo se requiere información como un n;mero de puertas( tamao( locali!ación " sore todo la frecuencia " tiempo que las puertas quedan aiertas( pero disponer de estos datos con exactitud qué es dif+cil. La experiencia $a demostrado que( como regla general la frecuencia " duración de apertura de puertas " por lo tanto la cantidad de camio de aire depende de la cantidad de aire en el refrigerador " el tipo de uso. 0n las talas 1-6 A " 1-6 será una lista de camios de aire aproximado en un per+odo de 2% $oras( para enfriadores de diferentes tamaos( los valores dados son valores promedios.
Cálculo de las cargas por producto 7uando el producto entra a una temperatura ma"or que la que se tiene en el temperatura de almacenamiento( el producto cederá calor al espacio $asta que se enfr+e a la temperatura interior del espacio refrigerado cuando la temperatura dentro del espacio se mantiene por dea#o de la temperatura de congelamiento del producto( la cantidad de calor cedido por el producto en su
enfriamiento $asta la temperatura del espacio dependerá de la temperatura del espacio( de la masa( el calor espec+,co " de la temperatura del producto a la entrada. 0l calor ganado por el producto se otiene de la siguiente ecuación Q=m∗C ∗! " ( 10−7 )
onde Q= cantidadde calor enBtu , m=masa del producto enliras
C =calor espec#fico arriade congelación
Btu l$%
! " =camio dela temperaturadel pro ducto en$ % Q sensile (& )=Q =m∗C ∗! " , con C por dea'o del puntodecongelación Qlatente =mh if (10 −10 ) hif = calor latente del productoen Btu por l
Q respiración
( )
( )
Btu Btu = masa del producto ( l )∗calor de respiración ∗24 hr ( 10 −11) 24 hr lhr
calor de respiración, devalor de tala 10−13
9órmula para otener la carga del producto para un tiempo enfriamiento deseado Q=
m∗C ∗!" ∗24 hr ( 10−8 ) "iempodeenfriamiento deseado
