CÁMARA FRIGORÍFICA PRÁCTICA N° I.
INTRODUCCIÓN Una cámara frigorífica es una instalación industrial estatal o privada en la cual se almacenan carnes o
vegetales para su posterior comercialización. Consiste en hacer que en la cámara la temperatura descienda por debajo de la temperatura del medio ambiente, y se mantenga luego a esta baja temperatura. En productos alimenticios como frutas y hortalizas son en su gran mayoría perecederos. Después de la cosecha sigue un proceso llamado comúnmente respiración durante el cual los azúcares se combinan con el oxígeno del aire produciendo anhídrido carbónico y agua y despidiendo calor, hasta llegar a la completa maduración del fruto. Al mismo tiempo, los microorganismos que están presentes en los frutos a temperatura ambiente, se alimentan y reproducen a un ritmo exponencial, a medida que se acerca la maduración, destruyendo los tejidos. Se comprobó que si se mantiene el producto cosechado a temperatura menor que la del ambiente, se consigue alargar el período de maduración un tiempo que varía desde 3-4 días hasta 6-8 meses, de acuerdo a la especie y a la variedad. La carne de animales después de sacrificados no siguen ningún proceso natural salvo el ataque de microorganismos que, a temperatura ambiente, atacan los tejidos. También en este caso, manteniendo las carnes a bajas temperaturas, el proceso de deterioro se puede evitar. La posibilidad de ofrecer los frutos y las carnes durante un período más largo tiene una importancia alimenticia y económica muy grande. Para ello se almacenan los productos en cuartos frigoríficos a temperatura apropiada que permite ofrecerlo al consumidor mucho tiempo después de la cosecha. Hay tablas que indican a qué temperatura y humedad relativa y cuál es el tiempo máximo que es necesario mantener cada uno antes de enviarlos al mercado. II.
OBJETIVOS II.1. Objetivo General Describir el correcto funcionamiento y los componentes principales del que consta una cámara
frigorífica. II.2. Objetivos Específicos Identificar los distintos elementos que conforman el circuito frigorífico, los de la parte eléctrica y el circuito de control. Identificar el refrigerante y el recorrido del mismo.
III.
MARCO TEÓRICO
La cámara fría o frigorífica es un sistema que permite extraer el calor de un local o receptáculo cerrado y expulsarlo hacia el exterior de dicho recinto para conservar en él productos mediante la congelación; por lo tanto, no pueden, en modo alguno, inyectar frío a los productos que conserva, sino que realmente lo que hace es extraer el calor de dichos productos y del local en sí. Para llevar a cabo este objetivo, la cámara frigorífica está formada por una serie de componentes principales los cuales son: el compresor, evaporador, válvula de expansión y condensador. Funcionamiento de las instalaciones: Extrae calor del foco frío que está a Tf y lo envía al foco caliente que está a Tc. -Según Carnot: W = Qc − Qf Donde:
W→ Es el trabajo consumido por el motor del compresor del frigorífico, por tanto “ cuanto mayor sea la cantidad de calor que se extrae del foco frío menor será el trabajo consumido y por tanto mejor será la eficiencia de la cámara frigorífica” Eficiencia =
Qf Qf Tf = = W Qc − Qf Tc − Tf
La transferencia de calor se realiza mediante un fluido frigorígeno o refrigerante, que en distintas partes de la máquina sufre transformaciones de presión, temperatura y fase (líquida o gaseosa); y que es puesto en contacto térmico con los recintos para absorber calor de unas zonas y transferirlo a otras. Líquido refrigerante: Un refrigerante es un compuesto químico que absorberá calor al pasar de su forma líquida a vapor y esta absorción provocará el enfriamiento. Históricamente se utilizaron los compuestos clorofluorocarbonado (CFC), pero posteriormente se descubrió que estos dañaban seriamente la capa de ozono. Por tanto fueron sustituidos por los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y el metilbromuro, ya que estos no dañan dicha capa. No obstante estos últimos también traen perjuicios al medio ambiente (aunque en menor cuantía y más lentamente que los anteriores) pues contribuyen al efecto invernadero. Por tal motivo el metilcloroformo y otros compuestos menos dañinos han ido imponiéndose poco a poco. El refrigerante utilizado en la cámara frigorífica del laboratorio es una mezcla propano – butano (50-50%).
IV.
DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES DEL EQUIPO
Una cámara frigorífica debe contener los cuatro siguientes elementos principales: 1. Compresor: Es el elemento que suministra energía al sistema. El refrigerante llega en estado gaseoso al compresor y aumenta su presión. 2. Condensador: El condensador es un intercambiador de calor, en el que se disipa el calor absorbido en el evaporador y la energía del compresor. En el condensador el refrigerante cambia de fase pasando de gas a líquido. 3. Válvula de expansión: El refrigerante líquido entra en el Dispositivo de expansión donde reduce su presión. Al reducirse su presión se reduce bruscamente su temperatura. No se coloca una turbina porque el objetivo no es producir trabajo. 4. Evaporador: El refrigerante a baja temperatura y presión pasa por el evaporador, que al igual que el condensador es un intercambiador de calor, y absorbe el calor del recinto donde esta situado. El refrigerante líquido que entra al evaporador se transforma en gas al absorber el calor del recinto. Resumiendo, el evaporador absorbe el calor del recinto que queremos enfriar, el compresor aumenta la presión del refrigerante para facilitar la condensación posterior y posibilitar la circulación del fluido. La válvula de expansión reduce la presión provocando el enfriamiento del refrigerante. La intervención del ventilador posibilita que este aire pase por el evaporador, con lo que se retira el calor de los productos almacenados. Este gas a altas temperaturas llega al compresor, con lo que se completa el circuito. La operación se realiza de forma continua, enfriando el aire y los alimentos hasta alcanzar el frío óptimo. El ciclo se repite cuando aumenta en torno a un grado la temperatura fijada. Su esquema es el siguiente:
Evaporador
Condensador
En la cámara frigorífica del laboratorio, los elementos principales que comprende son: Compresor semi abierto (con motor afuera). Eliminador de vibración evitando la ruptura de las soldaduras, la pérdida del refrigerante, etc. Condensador. Filtro secador de humedad (de silica). Intercambiador de calor en forma de serpentin. Visor de humedad. Válvula solenoide. Válvula de expansión. Ventilador. Evaporador de convección forzada el cual expulsa el calor de manera más rápida. Filtro de mallas o de partículas. Acumulador de succión. Simulación de carga térmica. Termostato programable. Válvula de servicio aspiración
Esquema de los componentes de la cámara frigorífica.
Componentes externos de la cámara frigorífica. V.
DESCRIPCIÓN DEL RECORRIDO DEL REFRIGERANTE El recorrido del refrigerante será principalmente:
Recorrido (con flechas) del refrigerante.
Inicialmente el refrigerante es absorbido mediante el compresor. Éste es comprimido (gas) entonces hasta que posea las condiciones necesarias para la entrada al condensador como ser presión alta de 12 [bar], el refrigerante pasa luego por eliminadores de vibración yendo hacia el condensador. En el condensador este refrigerante transfiere el calor de condensación hacia un fluido externo y se transforma nuevamente al estado líquido. Pasa posteriormente a un filtro secador de humedad compuesto por silica, para eliminar rastros de humedad. Ingresa a un intercambiador de calor en forma de serpentín, saliendo el refrigerante 100% líquido. Pasa por un visor de humedad siendo: verde→ libre de humedad y amarrillo→ presencia de agua. Pasa por una válvula solenoide el cual controla la temperatura. El refrigerante (que ahora se encuentra en estado líquido saturado) penetra en la válvula de expansión. Una parte del calor latente se pierde, debido a la irreversibilidad del proceso, entrando el refrigerante como una mezcla de líquido y vapor al evaporador. Esta mezcla bifásica hierve a temperatura y presión constante en el evaporador. Entonces el fluido exterior absorbe ese calor latente del refrigerante enfriándose a su vez. El refrigerante sale del evaporador retornando por un filtro de mallas o de partículas el cual se encarga de recoger todas las impurezas del refrigerante que se hayan podido generar en el circuito. Ingresa a un acumulador de succión siendo la gran mayoría refrigerante en estado gaseoso con pequeñas proporciones de refrigerante en estado líquido; a la salida, se obtiene 100% refrigerante en estado gaseoso. El refrigerante vuelve a entrar al compresor en estado gaseoso al 100% y repitiéndose el proceso. VI.
TABLERO DE CONTROL
Tablero de control parte externa.
En el tablero eléctrico se encuentran los siguientes dispositivos principales: Contactor: el cual permite automatizar todo el equipo. Disyuntor Cerebro: el cual recibe las temperaturas de las termoresistencias. Relé térmico Para encender el equipo se debe programar la temperatura que se desea y para confirmar se apretan los dos mandos. Señalización de los Lets. Verde → funcionamiento de la solenoide Amarillo → Desercache Rojo → Indican alguna falla. El circuito eléctrico de fuerza donde podemos ver los elementos de seguridad F1 interruptor magnetotérmico que protege al compresor frente a cortocircuitos y sobrecarga y también el relé térmico F3 que protege frente a sobrecargas del compresor. El arranque/paro del compresor trifásico está controlado por el contactor KM1 quién además controla a los motores monofásicos del ventilador del condensador.
Circuito de fuerza de la áquina frigorífica y conexionado de los dispositivos El circuito de control de la cámara frigorífica se observa los siguientes elementos: KM1: Bobina del contactor de accionamiento del compresor trifásico. KEV1: Válvula solenoide situada a la entrada de la VET. S1:
Interruptor de marcha/paro.
KR1:
Reloj de desescarche.
T:
Termostato del ambiente.
KP15: Presostato doble (LP y HP).
VII.
F3:
Contacto NC del relé térmico.
F2:
Interruptor automático magnetotérmico.
H1:
Lámpara señalización de la presión de baja con valores por debajo de lo ajustado.
H2:
Lámpara señalización de la presión de baja con valores por encima de lo ajustado.
H3:
Lámpara de señalización compresor en marcha.
H4:
Lámpara de señalización de válvula solenoide activada.
CONCLUSIONES
Se logró escribir el correcto funcionamiento cámara frigorífica, además de poder identificar los componentes principales del que consta una cámara frigorífica, los cuales son: el compresor, evaporador, válvula de expansión y condensador. Se identificó los distintos elementos que conforman el circuito frigorífico de la cámara de refrigeración del laboratorio, los de la parte eléctrica y el circuito de control. Se identificó el refrigerante utilizado en la cámara frigorífica del laboratorio el cual era una mezcla de Propano y butano (50-50%) y el recorrido del mismo de forma detalla y escrita claramente. VIII.
RECOMENDACIONES
Mediante la realización de la práctica se destacó las siguientes recomendaciones en el uso de una cámara frigorífica: En el mando de control, asegurarse y percatarse ante el color rojo de los let que significa que existe alguna fala en el compresor. Asegurarse que la entrada del compresor sea de refrigerante en estado 100% gaseoso, ya que si entrara líquido dañaríamos el compresor. Asegurarse que la silica del filtro secador no se encuentren saturadas, de lo contrario realizar algún cambio. Observar el visor de humedad para poder percatarse los colores en él mismo. Realizar de forma regular una medición de las presiones para saber si los filtros de mallas se encuentran saturados.
IX.
BIBLIOGRAFÍA 1. Cámara Frigorífica. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3A1mara_frigor%C3%ADfica 2. Isbel, G. Partes y funcionamiento de una cámara fría. Actualizado el 16 de agosto de 2011. Disponible en: http://isbelg.over-blog.com/article-partes-funcionamiento-camara-fria-86799563.html 3. Máquinas frigoríficas Refrigeración. Disponible en: http://www.tecnologia-industrial.es/Maq uinas%20Frigorificas.htm 4. Hidalgo, D. Partes y funcionamiento de una cámara fría. Actualizado el 5 de noviembre de 2015. Disponible
en:
http://directorioindispensab
le.com/directorio-merida-yucatan/partes-y-
funcionamiento-de-una-camara-fria/ 5. .Cadenas, A. Automatización de una cámara de temperatura positiva. Actualizado el 27 de octubre de 2011. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/70568303/Funcionamiento-Completo-InstalacionFrigorifica 6. Cámaras frigoríficas: partes y funcionamiento. Actualizado el 26 de octubre de 2016. Disponible en: http://www.frigibel.net/blog/camaras-frigorificas-partes-y-funcionamiento/ 7. Cámara
frigorífica.
Dto.
de
Máquinas
y
Motores
Térmicos.
Disponible
en:
inmigración.
Disponible
en:
http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/camarafrigo.htm 8. Instalaciones
Frigoríficas.
Ministerio
de
trabajo
e
http://www.ingenierosindustriales.com/wp-content/uploads/downloads/2011/05/01.M%C3%A1quina-Frigor%C3%ADfica-de-Compresi%C3%B3nMec%C3%A1nica_pr%C3%A1cticas.pdf
X.
CUESTIONARIO
1. ¿Cómo se saca la COP? El coeficiente de rendimiento (COP), es una expresión de la eficiencia de una bomba de calor. Cuando se calcula el COP de una bomba de calor, se compara la salida de calor del condensador (Q) con la potencia suministrada al compresor (W). En otras palabras, el COP se define como la relación entre la potencia [KW] que sale de la bomba de calor como refrigeración o calor, y la potencia [KW] que se suministra al compresor. Se lo calcula mediante: 𝐶𝑂𝑃 =
𝑄̇ 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 ℎ1 − ℎ4 = 𝑊̇ 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 ℎ2 − ℎ1
2. ¿Cómo trabaja el sistema de control? El funcionamiento del equipo frigorífico será una sucesión, controlada automáticamente, de ciclos desconectar y conectar. En situación de carga térmica punta, los ciclos conectar serán más largos que en los períodos de carga mínima. Los automatismos usados para ciclar un sistema frigorífico, asegurando su adecuado funcionamiento, son de dos tipos principalmente: -Controles termostáticos -Controles presostáticos. Los sistemas de control termostático utilizan como sensores elementos sensibles a la temperatura, tales como: la lámina bimetálica, sonda con vástago y tubo, y sonda de fuelle o sonda con bulbo, tubo capilar y fuelle. En sistemas de control termostático electrónico, se pueden utilizar como transductores sondas de resistencia y termistores. Los elementos primarios en sistemas de control de presión están constituidos principalmente por un fuelle o un diafragma. Las variaciones de presión, transmitidas por medio de un capilar, provocan el alargamiento del fuelle o la flexión del diafragma. En los sistemas de control mecánicos, un cambio de la variable controlada (presión, temperatura) se refleja en el movimiento de unas palancas, que pueden abrir o cerrar un interruptor, variar la resistencia por medio de un potenciómetro, o accionar una válvula que modifica la presión en un actuador neumático. 3. ¿Cuál es el colchón de aire y para qué sirve? El colchón de aire es el aire ubicado entre las paredes de la cámara frigorífica y el piso de la estructura donde será ubicada para evitar las pérdidas de frío generado dentro de la cámara. 4. ¿Cuáles son las tuberías de descarga, línea líquida y línea de succión? -La línea de entrada o línea de succión se encuentra en el compresor y es por donde el gas refrigerante entra al compresor. La presión en la línea es baja, puede variar por lo general en un rango de 1 a 2 bares.
- La línea de salida, o línea de descarga, es por donde el gas comprimido sale del compresor. La presión en esta línea es alta, puede estar típicamente en un rango de 10 - 16 bar. Debido a que el gas a 10 bar es más denso que a 2 bar, las tuberías de descarga (salida) son bastante más chicas que las tuberías de succión (entrada) para reducir resistencia al flujo de gas. - La línea de líquido lleva el refrigerante en forma líquida hacia el evaporador. En la línea se coloca una válvula solenoide. Esta válvula está operada por el controlador. Cuando se abre, el refrigerante puede seguir por el circuito hasta la entrada a la válvula de expansión. 5. ¿Dónde se encuentra y qué función cumple el sifón? El sifón o las trampas para aceite se encuentran en la salida del evaporador, y se instalan para que retengan el aceite y evitan que migren de nuevo hacia el evaporador en los ciclos de paradas, para que en el arranque vuelvan al compresor. 6. Explique el tablero eléctrico El tablero eléctrico es un tablero de mandos de la maquinaria y la iluminación, es donde los cables para conectarse en campo deberán pasarse a través de las áreas provistas para estos en la unidad. El diagrama de conexiones para cada unidad está colocado en el tablero eléctrico de la parte interior. Todas las conexiones de campo deberán realizarse profesionalmente de acuerdo con todos los códigos vigentes. Antes de poner en funcionamiento la unidad, realizar un doble chequeo de toda la instalación eléctrica, incluyendo las terminales de fábrica; durante el embarque pueden desconectarse algunas terminales debido al movimiento. 1.- La placa de identificación de la unidad indica las características eléctricas para la instalación de la misma. 2.- Para una instalación eléctrica correcta consultar el diagrama eléctrico, de la unidad evaporadora y condensador. 7. Explique los contactores y relé auxiliar El contactor es quien permite automatizar todo el equipo, controla el arranque/paro del compresor trifásico, quién además controla a los motores monofásicos del ventilador del condensador. El relé auxiliar es quién protege al compresor frente a sobrecargas. 8. Explique todo sobre el compresor El compresor es el elemento abierto, hermético o semihermético alternativo que suministra energía al sistema. El refrigerante es absorbido mediante el compresor. Éste es comprimido (gas) entonces hasta que posea las condiciones necesarias para la entrada al condensador como ser presión alta de 12 [bar], el refrigerante pasa luego por eliminadores de vibración yendo hacia el condensador. 9. Explique todo sobre el evaporador Los evaporadores son el medio por el cual el refrigerante absorbe el calor latente del recinto disminuyendo la temperatura, según la aplicación, hay una variedad de formas y disposiciones en los evaporadores. Los evaporadores al igual que los condensadores son intercambiadores de calor. Los
evaporadores son los encargados de absorber calor por medio del refrigerante líquido (a alta presión) que llega al los serpentines del evaporador, cuando el refrigerante pasa por la válvula de expansión donde es estrangulado y distribuido en el evaporador, el refrigerante pasa de estado líquido y a baja presión, la baja presión hace que el refrigerante empiece a hervir, efecto que hace que el refrigerante empiece a absorber el calor latente, con un burbujeo parecido cuando hierve el agua, produciéndose un cambio de estado de refrigerante líquido a refrigerante en vapor húmedo conforme absorba calor del evaporador, el refrigerante llega a un estado de vapor saturado que es cuando el refrigerante ya ha recogido todo el calor que puede absorber del evaporador bajando su densidad. 10. Explique todo sobre el presostato Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido. El presostato también es conocido como interruptor de presión. El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte, empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan. Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presostato al aplicar más o menos fuerza sobre el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes independientes: la presión de encendido y la presión de apagado. 11. Explique todo sobre el tablero de control Es el tablero ubicado en la parte externa de la cámara que sirve para el control electrónico y funcionamiento de la cámara frigorífica para que la misma se lleve de manera adecuada, permitiendo garantizar el control de la temperatura de los productos alimenticios conservados y la automatización del proceso. 12. Explique todo sobre la cámara. Una cámara es un recinto aislado térmicamente dentro del cual se contiene materia para extraer su energía térmica. Esta extracción de energía se realiza por medio de un sistema de refrigeración. Su principal aplicación es en la conservación de alimentos o productos químicos. 13. ¿Para qué y dónde se encuentran los eliminadores de vibración y el filtro de partículas? -Los eliminadores de vibración se utilizan a la salida del compresor, ya que el compresor genera vibraciones el cual va desgastando todas las conexiones y soldaduras del sistema, acortando así la vida útil del equipo, compresor, etc. y teniendo a la vez pérdidas de refrigerante por fugas. -El filtro de partículas o filtro de mallas se encuentra ubicado a la salida del intercambiador de calor, el cual su función es la de filtrar todas las impurezas o contaminaciones que se encuentren en el refrigerante. 14. ¿Qué función cumple el acumulador de succión? El acumulador de succión se encuentra ubicado a la salida del filtro de mallas o de impurezas el cual asegura que el refrigerante que ingresa que consta más que todo de refrigerante gaseoso con pequeñas proporciones de refrigerante líquido, este salga del mismo como refrigerante 100% gaseoso para así posteriormente ingresar al compresor.
15. ¿Qué función cumple el depósito de líquido? Se suele utilizar en cámaras de temperatura negativa. Es un depósito en el que se almacena líquido de la instalación. Se instala antes de la entrada del compresor. Siempre hay problemas durante el recalentamiento y a veces se estropean las resistencias y los relojes de desescarche, por eso este depósito nos asegura que no nos entre líquido al compresor. 16. ¿Qué función cumple el filtro deshidratador? El filtro deshidratador ubicado a la salida del condensador está compuesto de silica gel, el cual adhiere todos los restos de humedad (agua) presentes en el refrigerante el cual perjudicaría en el proceso. 17. ¿Qué función cumple el visor? El visor es un dispositivo en el cual podemos detectar si hay rastro de humedad (agua) en el refrigerante, tornándose verde cuando hay ausencia de agua y amarillo en presencia de agua, o también en casos de falta de refrigerante en la proporción habrán burbujas en el visor. 18. ¿Qué función cumple la válvula solenoide? La electroválvula (llave de paso eléctrica). Unidireccional. Es otro elemento fundamental a la hora de buscar averías. Te divide la instalación en dos. Es la que recibe la señal del termostato cuando éste ha llegado a la temperatura de consigna y corta el paso del "líquido", haciendo que se pare la instalación. 19. ¿Qué tipo de válvula de expansión y cómo trabaja? Una válvula de expansión termostática (a menudo abreviado como VET o válvula TX en inglés) es un dispositivo de expansión el cual es un componente clave en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, que tiene la capacidad de generar la caída de presión necesaria entre el condensador y el evaporador en el sistema. Básicamente su misión, en los equipos de expansión directa (o seca), se restringe a dos funciones: la de controlar el caudal de refrigerante en estado líquido que ingresa al evaporador y la de sostener un sobrecalentamiento constante a la salida de este. Las válvulas de expansión termostáticas son desarrolladas para regular la inyección de refrigerante líquido a los evaporadores. Esta inyección de refrigerante estará siempre regulada por un elemento termostático que está situado en la parte superior de la válvula de expansión la cual es controlada en función del recalentamiento del refrigerante. 20. Explique que es el desescarche. El desescarche por resistencias eléctricas es el más utilizado por su simplicidad en la instalación y regulación y por su gran eficiencia tanto en sistemas de temperatura positiva como en sistemas de temperatura negativa. Este sistema se basa en la inclusión de unas resistencias eléctricas en unos huecos o alojamientos en el interior del evaporador, en perfecto contacto con sus aletas. Cuando se ponen en marcha las resistencias eléctricas, estas se calientan y ceden su calor directamente a las aletas del evaporador, fundiendo la escarcha acumulada en ellas.
