Curso Calculo y Diseño de Cámaras Frigoríficas

CURSO: DISEÑO Y CÁLCULO DE INSTALACIONES DE REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL Y COMERCIAL

1.- INTRODUCCIÓN.La conservación de productos perecederos se realiza manteniendo unas condiciones de temperatura, humedad y composición del aire. La obtención de estas condiciones es más costosa cuanto más baja sea la temperatura deseada. El control de las características adecuadas, para la conservación de productos perecederos, es incomprensible sin el uso de instalaciones frigoríficas industriales y comerciales, ni del material aislante adecuado. Los aislantes tienen como objetivo facilitar el mantenimiento de la temperatura adecuada en el interior de los recintos o tuberías, así como la obtención de un ahorro energético con un espesor económico óptimo. Las características a tener en cuenta al seleccionar un aislante son: −

Baja conductividad

−

Baja higroscopicidad

−

Incombustible

−

Inodoro

−

Imputrescible

−

Plástico y facilidad de colocación

−

No atacable por roedores

−

Buena resistencia a la compresión y a la tracción

2.- CLASIFICACIÓN DE LOS AISLANTES TÉRMICOS.A) POR SU ORIGEN: Minerales, sintéticos y vegetales B) POR SU ESTRUCTURA Pulverulentos (corcho), fibrosos (fibras de vidrio) y espumas (de origen mineral y de origen sintético) C) POR SU TEMPERATURA Refractarios (> 80 ºC), semirefractarios (fibras cerámicas) y ordinarios (< 80 ºC)

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2.1.- SUBDIVISIÓN NORMALIZADA DE LOS AISLANTES Según la Norma UNE 100 – 171 – 89, los aislantes se pueden clasificar del modo siguiente: MIF: Materiales inorgánicos fibrosos (fibra de vidrio) para aplicaciones desde - 50 ºC a 650 ºC.

MIF – f: Flexibles, en forma de fieltros o mantas.

MIF – s: Semirrígidos, en forma de planchas.

MIF – r: Rígidos en forma de planchas o coquillas.

MIC: Materiales inorgánicos celulares (vidrio celular) para aplicaciones entre - 50 ºC a 100 ºC en planchas rígidas.

MIG: Materiales inorgánicos granulares (perlita).

MIG – a: Para aplicaciones de alta temperatura hasta 800 ºC (silicato de calcio).

MIG – b: Para aplicaciones de baja temperatura de 40 ºC a 100 ºC (perlita).

MOC: Materiales orgánicos celulares (corcho, poliestireno, poliuretano, espumas elastoméricas y fenólicas) para aplicaciones de -50 ºC a 100 ºC. MRL: Materiales reflactantes en láminas enrollables (aluminio, acero, cobre). BA: Materiales en laminas para barreras antivapor (polietileno, poliéster, aluminio, papel kraft, pintura esmalte, recubrimientos asfáticos). Los aislantes utilizados para superficies con fluidos son:

Agua refrigerada: MOC + BA, MIF + BA

Salmuera o fluido refrigerante: MOC + BA

Agua refrigerada: MIF + BA, MOC + BA

Los aislantes más utilizados en instalaciones frigoríficas son: Aislantes

Estructura

Pe (Kg/m3)

λ (Kcal/h*m*ºC)

Resistencia al vapor de H2O (mmHg*m2*día/g*cm)

Max ºC

Poliestireno expandido

Celular

10-25

0,049-0,028

0,12-0,22

70

Poliestireno extrusionado

Celular

33

0,024-0,28

0,45-0,90

85

Poliuretano

Celular

38-20

0,020-0,034

0,066-0,166

140

Espuma elastomérica

Celular

60

0,029

41,16

-40 a +105 ºC

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Fotos de aislantes:

Panel de Poliestireno Expandido

Poliuretano

Panel de Poliestireno Extrusionado

Espuma Elastomérica

3.- TRANSMISIÓN DEL CALOR.El fenómeno de la transmisión del calor, es decir el paso del calor de un cuerpo a otro, se suele contemplar, bajo tres formas distintas: CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN Y RADIACIÓN. En la práctica en toda transmisión de calor se dan estas tres formas, pero debido a la mayor o menor importancia de una o dos de ellas, con respecto a las otras, se pueden despreciar las que tienen menos influencia. 3.1.- CONDUCCIÓN.Es la forma de transferencia del calor que encontramos en los sólidos y los fluidos en reposo. La propagación del calor por conducción a través de un cuerpo se realiza por dos mecanismos bien diferenciados, por transmisión debida a las vibraciones de las moléculas y por transmisión debida a los electrones libres de determinados cuerpos, a esto último se debe que los materiales que son buenos conductores eléctricos, sean buenos conductores del calor.

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La ley básica de la conducción del calor (basada en observaciones) viene de Biot, a la cual le aplicó la teoría analítica Fourrier, estableciendo que la cantidad de calor Qx, que se transfiere en una dirección dada (x), es proporcional al área (S) de la superficie normal a la dirección del flujo, al gradiente de temperatura, en esa dirección y a un factor (Conductividad térmica) que tiene en cuenta el material de que se trate, lo que se expresa mediante la formula:

Qx =

S * λ * (t i − t e ) S * (t i − t e ) = e e

λ

Si hacemos λ/e = K, tendremos: Q x = S * K * (t i − t e ) Donde: Q = Calor transmitido desde el interior al exterior del recinto en Kcal/ h S = Área normal a la dirección del flujo calor en m2 ti = Temperatura interior del recinto en ºC te = Temperatura exterior al recinto en ºC K = Conductividad térmica en Kcal/h x ºC x m2 En el caso de superficies compuestas la formula anterior, como demostraremos posteriormente, quedaría de la siguiente forma:

k 1 k2 k 3 k4 k5 e1 e2 e 3 e 4 e 5 t1 t2 t3 t4

ti

Qx = = te

e1

λ1

S * (t i − t e ) e + e2 + ........ + n

λ2

λn

PARED COMPUESTA CON AISLAMIENTO

Donde: Q = Calor cedido ti = Temperatura interior te = Temperatura exterior S = Superficie e1 = e2 =...= en = Espesor de la paredes λ1 = λ 2 =...= λ n = Conductividad de los diversos materiales.

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Esta fórmula se obtendría teniendo en cuenta que el calor que atraviesa, de un material a otro de la pared es el mismo, con lo que podremos poner:

Q1 =

S * (t i − t1 ) e1

Q2 =

λ1

S * (t1 − t 2 ) e2

Q1 =

λ2

S * (t 2 − t 3 ) e3

............... Qn =

λ3

S * (t n −1 − t n ) en

λn

Despejando las temperaturas tendremos:

t i − t1 = Q

S

* e1

λ1

t1 − t 2 = Q

S

* e2

λ2

t 2 − t3 = Q

S

*

e3

en Q λ3 .......... t n −1 − t n = S * λ n

Sumando miembro a miembro estas ecuaciones, y teniendo en cuenta que tn = te obtendremos: ti − te =

Q ⎡e1 e e * + 2 + ........ + n ⎤ λ λ λ n ⎥⎦ ⎢ 2 S ⎣ 1

Denominando a:

e1

λ1 +

e2

en λ 2 + ........ + λ n = ∑ Ri

Y despejando Q tendremos: Q=

S * ( ti − t e ) ∑ Ri

Si aplicamos esto mismo al caso de tuberías, tendremos:

Qx = =

( ti − te ) R R R 1 ( Ln 2 + 1 ( Ln 3 + ........ + 1 ( Ln n ) 2 * π * λ1 2 * π * λ2 2 * π * λn R1 R2 Rn −1

Q=

( ti − te )

∑ 12 * π * λ ( Ln R

Ri

i

)

i −1

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3.2.- CONVECCIÓN.Cuando la transferencia de calor se realiza en medios en los cuales hay movimiento de masas, como es el caso de los fluidos, podemos decir que hay una transmisión de calor por convección. Cuando el movimiento del fluido se realiza por alguna acción mecánica exterior (bomba, ventilador, etc.) entonces decimos que hay una convección forzada. En el caso de que dicho movimiento, sea debido a la variación volumétrica en el seno de los fluidos mismos, se llamará convección natural. Esta variación aparece bajo el efecto de intercambios térmicos entre fluidos, o entre fluidos y paredes. Así en un muro se producen los siguientes movimientos: En la cara interna, las corrientes de convección tienen el mismo movimiento de las agujas del reloj, porque el aire caliente al ponerse en contacto con la pared se enfría y cae; mientras que en la cara exterior del muro, el muro más caliente que el ambiente, calienta al aire en su contacto, con lo que este sube, robando calor al muro en la cara interna, el muro gana calor y en la externa lo pierde.

ti > te

ti

te

Transmisión del calor por convección

ti > te La transmisión del calor responde a leyes muy complejas y depende de la naturaleza del fluido, su velocidad respecto a la superficie , la naturaleza de la superficie que puede oponer más o menos resistencia a que sea laminada por el fluido, etc. ANALOGÍA DE REYNOLDS: Del mismo modo que se entiende por viscosidad como la transmisión de la cantidad de movimiento de las moléculas, se entiende, la transmisión de calor por convección como la transmisión de la energía cinética en los choques entre moléculas.

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Si consideramos la resistencia térmica de la capa laminar como la única resistencia, el flujo térmico resultante sería el equivalente al de un caso de conducción con una pared de espesor igual al de la capa laminar y cuyas características térmicas serían idénticas al del fluido es decir:

Q=

λ e

* S * (t s − t f )

Donde: Q = Calor cedido o perdido en Kcal / h S = Superficie ts = Temperatura del sólido (pared) tf = Temperatura del fluido k = Conductividad térmica del fluido e = Espesor de la capa laminar Llamando a λ / e coeficiente de transmisión por convección (h); y cuya unidad es Kcal / h x m2 * º C, la formula para calcular el calor cedido por convección es:

Q = h * S * (t s − t f ) 3.3.- RADIACIÓN.Todo cuerpo cuya temperatura sea superior al 0 absoluto (0 ºK) emite energía en forma de radiación electromagnética. Si esta energía radiante choca con un cuerpo cuya banda de absorción es la longitud de onda que le llega, se transforma en calor. El fenómeno de radiación existe siempre que dos cuerpos estén a distintas temperaturas y separados por un medio permeable. Esta transferencia de energía, no precisa de ningún soporte material, se produce incluso en el vacío. A la energía recibida por la superficie del cuerpo receptor le pueden pasar tres cosas: una fracción de la energía es reflejada, otra atraviesa el cuerpo y la tercera es absorbida y por lo tanto eleva su temperatura. El que pase uno o todos los fenómenos anteriores depende de la naturaleza del cuerpo. En la transmisión por radiación, la cantidad de energía radiada aumenta rápidamente con el valor absoluto de la temperatura, esto se expresa mediante la ley de Planck que dice que la energía radiada por un cuerpo es función de la 4ª potencia de la temperatura absoluta del cuerpo, lo que se expresa mediante la formula: E = ε*σ * T4

Donde: E = Energía radiada por el cuerpo ε = Factor de emisividad que varía entre 0 y 1, dependiendo del material σ = Constante de Stefan Boltzman = 5,67x10-8 (W/m2ºK-4) T = Temperatura absoluta del cuerpo

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4.- TRANSMISIÓN COMPUESTA.La transmisión térmica por conducción y convección viene determinada en gran parte por la diferencia de temperaturas, pero no por su valor absoluto, es decir que es lo mismo, por ejemplo, entre 30 y 230 ºC que entre 700 y 900 ºC. En cambio en la transmisión por radiación si depende y mucho del valor absoluto de la temperatura. La importancia relativa entre las diferentes formas de transmisión del calor de unos cuerpos a otros varía considerablemente con la temperatura absoluta del conjunto considerado. Así se pude decir que la transmisión a bajas temperaturas se efectúa principalmente por conducción y convección y altas temperaturas la transmisión por radiación es más influyente en el cómputo total. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR: En todas las fórmulas halladas anteriormente es preciso, para calcular la cantidad de calor transmitido, conocer las temperaturas de las superficies. En la practica en general, no se conocen estas temperaturas pero si las del medio en contacto con las mismas. CASO DE UNA PARED SIMPLE: k1 e1 t1

te t1

t2 PARED SIMPLE

Aplicando las ecuaciones anteriores: -

Transmisión por convección del fluido de la cara interior (1):

Q = S * hi * (t i − t1 ) -

⇒ t i − t1 =

Q S * hi

Transmisión por conducción a través de la pared de espesor (e):

Q = S * λ * (t1 − t 2 ) e

⇒ t1 − t 2 =

Q S *λ

e

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-

Transmisión por convección del fluido de la cara exterior (2):

Q = S * he * (t 2 − t e )

⇒ t2 − te =

Q S * he

Sumando miembro a miembro tendremos: ti − te =

Q ⎡1 e 1 ⎤ *⎢ + + ⎥ S ⎣ hi λ he ⎦

Con lo que despejando Q quedaría:

Q=

S * (t i − t e ) = S * K * (t i − t e ) 1 e 1 + + hi λ he

Siendo:

RT = ΣRi =

1 e 1 + + hi λ he

Tendremos:

Q=

S * ( ti − t e ) = S * K * ( ti − t e ) ΣRi

Siendo: K=

1 1 = 1 e 1 ΣRi + + hi λ he

EN CASO DE PARED COMPUESTA: k1 k2 k3 k4 k5 e1 e2 e3 e4 e5 t1 t2 t3 t4

ti

K=

1 e 1 e1 1 + + ....... + n + hi λ1 λn he

te

PARED COMPUESTA CON AISLAMIENTO

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Con lo que Q sería: Q=

S * ( ti − te ) S * ( ti − te ) S * ( ti − te ) = == e 1 e1 1 1 Σe i 1 Ri + + + + ....... + n + λ n he hi λ1 hi Σλi he

∑

Donde: RT = ΣRi =

1 1 = en 1 e1 1 1 Σei 1 + + .................. + + + + hi λ1 λn he hi Σλi he

Al determinar el espesor del aislamiento hemos de tener en cuenta la posibilidad de que se produzcan condensaciones de agua en el mismo, lo que provocaría su deterioro. Para evitar las condensaciones en los aislantes se deben establecer barreras de vapor, y para ello se cubren los aislamiento con materiales laminares, cuyo resistencia al vapor de agua MN s/g (Meganewtonsegundo por gramo) esté comprendida entre 10 y 230 MN s/g o mm Hg*m2*día/g 0,86 y 20 (según se indica en la NBT-CT 79). A continuación mostramos unas tablas de la NBT- CT 79, en donde se indica la resistividad de distintos materiales al vapor de agua. TABLA Nº 1

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TABLA Nº 2

5.- REGLAMENTACIÓN Y NORMAS APLICABLES A LOS AISLAMIENTOS.5.1.- REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES FRIGORÍFICAS.En el RSF, se indican entre otras cosas para el aislamiento lo siguiente:

En la MI-IF- 005 de Materiales empleados en la construcción de equipos frigoríficos se indica, en el epígrafe 1.- Normas de diseño y construcción: “Se utilizará con prioridad las normas UNE, o cualquier norma o código aceptado de la CEE. Se prestará especial atención al cálculo de espesores y selección de materiales para aquellos recipientes cuya temperatura de servicio sea inferior a – 40 ºC.”

Hemos de tener en cuenta que en el art. 22 del citado reglamento se indica que cualquier elemento de un equipo frigorífico debe ser proyectado, construido y ajustado de manera que cumpla las prescripciones señaladas en el vigente Reglamento de Aparatos y Recipientes a Presión, así mismo en el artículo 23 de RSF, se indica también que los materiales empleados en la construcción e instalación de un equipo frigorífica debe ser resistente a la acción de las materias con las que entre en contacto y se tendrá especial cuidado en los efectos de fragilidad a baja temperatura.

En la MI – IF – 006; Maquinaria frigorífica y accesorios, en el epígrafe 8.- Puertas isotermas, indica: “Indica sobre puertas isotermas que llevarán dispositivos de cierre que permitan su apertura tanto desde fuera como desde dentro, aunque desde el exterior se cierren con llave y candado. En el interior de toda cámara frigorífica, que pueda funcionar a temperatura bajo cero o con atmósfera artificial, y junto a su puerta, se dispondrá de un hacha de bombero.”

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En la MI – IF – 011; Cámaras de Atmósfera Artificial, en el apartado segundo del epígrafe 1, se indica: “Cuando la estanqueidad se realice en la cara fría del aislamiento y la capa estanca deberán resistir sobrepresiones de hasta 37,8 Kg/m2.”

Se tendrá también en cuenta lo indicado en la NBT – CT 79, en su anexo 5 sobre condiciones de los materiales. 6.- CONSIDERACIONES SOBRE CÁMARAS FRIGORÍFICAS.6.1.- AISLAMIENTOS.Como hemos indicado anteriormente, los únicos aislantes utilizados en las instalaciones frigoríficas son el poliuretano, el poliestireno extrusionado y el poliestireno expandido, y la espuma elastomérica para el aislamiento de tuberías. Las soluciones más utilizadas son:

♦ El aislamiento en cerramientos constituidos por elementos de fábrica, cuando se realizan mediante construcción de obra, hemos de tener en cuenta en los distintos cerramientos lo siguiente: o En cerramientos verticales, cuando estos están proyectados con fábrica de ladrillos o bloques de hormigón, resulta previo a la instalación del aislamiento colocar la barrera antivapor sobre la cara interior del cerramiento. En este tipo de cerramientos los aislamientos utilizados son, la espuma de poliuretano proyectada <> y el poliestireno expandido, más rara es la utilización de paneles. o En Techos, al no soportar cargas, se pueden construir con materiales ligeros sobre los que se pude utilizar tanto la espuma de poliuretano proyectada <>, como las planchas de poliestireno, siendo preciso en ambos casos colocar exteriormente la barrera antivapor . o En suelos tras haber compactado el terreno se coloca una capa de hormigón de unos 5 a 10 cm de espesor, con acabado fino, ya que sobre ella se va a colocar la barrera antivapor, y sobre esta se coloca el material aislante con el espesor adecuado, y sobre este se coloca la solera definitiva que suele tener unos 10-15 cm de espesor, el acabado del suelo se realiza mediante pavimentos cerámicos impermeables, morteros hidráulicos, morteros de resina epoxi o pinturas adecuadas.

♦ El aislamiento con paneles prefabricados, en este tipo de paneles, se utiliza como aislamiento el poliestireno expandido y con mucha frecuencia la espuma de poliuretano. En ambos casos el aislante suele estar recubierto de chapas de acero de 0,5 a 0,6 mm, que pueden estar galvanizadas o lacadas. Los paneles de poliestireno suelen tener un espesor de 5 a 25 cm y una longitud de 12 m. Los paneles de poliuretano suelen tener un espesor de 3 a 18 cm y una longitud de 12 m.

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6.2.- BARRERAS ANTIVAPOR.El vapor de agua se difunde del lado de mayor presión de vapor al lado de menor presión de vapor. Al realizar el cálculo del espesor del aislamiento hemos de tener en cuenta, que no se produzcan condensaciones en su superficie, y para ello hemos de intentar que la temperatura de esta superficie sea mayor que la temperatura de rocío; esto se consigue situando barreras antivapor en la cara caliente del aislamiento, con lo que se puede evitar la difusión del vapor de agua a través del aislamiento hacia el interior, evitando así esto aunque se produzcan condensaciones. 6.3.- VÁLVULAS EQUILIBRADORAS DE PRESIÓN.En las cámaras frigoríficas hay que tener en cuenta que durante su funcionamiento se producen, puestas en marcha, descongelación de evaporadores, entradas importantes de mercancías, etc., lo que puede provocar sobretensiones o depresiones en el interior de las cámaras. Para evitar los daños que pueden provocar estos desequilibrios de presiones que pueden ser graves, se colocan dispositivos para equilibrar presiones de forma automática, como son las válvulas equilibradoras de presión, que se regulan a partir de 10 mm c.d.a de presión. 6.4.- PUERTAS.Al ser las puertas de las cámaras frigoríficas elementos que sustituyen a los cerramientos y que tienen mucho uso, deben de cumplir una serie de consideraciones, como son: que sean isotermas, estancas al vapor de agua y al aire, resistentes a los golpes y de dimensiones y características adecuadas al sistema de trabajo en la cámara. La utilización de resistencias de calentamiento es imprescindible en las puertas de cámaras frigoríficas de temperatura negativa, ya que la junta entre la puerta y el marco es la parte más débil del aislamiento, y por tanto es por donde entra el vapor de agua que puede condensarse y congelarse, pudiendo dificultar e impedir su apertura. Para evitar la formación de hielo en esta junta se instalan resistencias en el marco que permiten mantener la temperatura en esta zona por encima de la del ambiente por lo que se evitan las condensaciones. 6.5.- PREVENCIÓN DE CONGELACIÓN DEL SUELO.En las cámaras de conservación de productos congelados y en las de congelación, la temperatura superficial exterior del suelo puede ser negativa, pudiéndose producir condensaciones del vapor de agua en el mismo y por tanto su congelación, si no existe una circulación de aire que evacue el frío que atraviesa el aislante. En el caso de la construcción del suelo con solera debe ir precedida la construcción de un vacío sanitario que permita la circulación de aire, para ello si es posible se debe establecer una pendiente entre el orificio de entrada y salida del aire, si no es posible se puede colocar una ventilación mecánica.

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Cuando no sea posible la construcción del este vacío sanitario, puede también recurrirse al calentamiento del suelo mediante la colocación de resistencias que trabajan a baja tensión, manteniendo la temperatura del suelo por encima de 0 ºC, también puede recurrirse a cualquier otro sistema de calentamiento del suelo. La potencia necesaria para evitar la congelación del subsuelo de las cámaras frigoríficas no sobrepasa habitualmente los 20 W/m2. Debido a que por las inercias térmicas no es aconsejable que la distancia entre cables calefactores sea superior a 500 mm y el cable es de 10 W/m, normalmente se instalan 2 m de cable por cada 2 m2, de superficie de suelo. A pesar de lo indicado debemos de comprobar que las pérdidas a través del aislamiento térmico del suelo, no sea superior a los 20 W/m2, para ello se utilizará la siguiente fórmula: Q S

=

K * ∆T e

Donde: Q/S = Pérdidas admisibles ≤ 20 W/m2 K = Conductividad térmica del aislamiento W/m*ºC a 0 ºC ∆T = Diferencia de temperatura entre la mínima de la cámara y el subsuelo a 0ºC e = Espesor del aislamiento térmico del suelo de la cámara frigorífica en m2

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6.6.- DESAGÜES.Los desagües deben ser sifónicos para evitar el retorno de olores y estarán dotados de rejillas, que impida la entrada de roedores. 6.7.- VENTANAS PARA RENOVACIÓN DE AIRE.En ocasiones, cuando el producto almacenado es un fruto u órgano vivo, y por tanto respira, se instalan ventanas dotadas de extractores de aire con lamas para permitir la renovación del aire interior eliminando los gases producidos en la respiración. En otras ocasiones, se instalan ventiladores que impulsan aire al interior de la cámara desde la parte alta de la misma, y en la parte inferior opuesta se instalan ventanas con lamas, denominadas barométricas, cuya apertura se produce cuando hay una sobrepresión en el interior de la cámara que vence el peso de las lamas. 7.- DISEÑO DE CÁMARAS DE REFRIGERACIÓN Y/O CONGELACIÓN.7.1.- LEGISLACIÓN.Real Decreto 3099/1977, de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas. Orden de 24 de enero de 1978 por la que se aprueban las instrucciones complementarias denominadas instrucciones MI IF con arreglo a lo dispuesto en el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas. ORDEN 4-4-1979 (BOE 10-5-1979) MODIFICA INSTRUCCIONES COMPLEMENTARIAS MI IF DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES. ORDEN 30-9-1980 (BOE 18-10-1980) MODIFICA INSTRUCCIONES COMPLEMENTARIAS MI IF DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES. ORDEN 21-7-1983 (BOE 29-7-1983) MODIFICA INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS MI IF DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES. ORDEN 19-11-1987 (BOE 5-12-1987) MODIFICA INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA MI IF-004 DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES. ORDEN 4-11-1992 (BOE 17-11-1992) MODIFICA LA INSTRUCCIÓN TÉCNICA COMPLEMENTARIA MI-IF 005, APROBADA POR ORDEN 24-1-1978, DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES. ORDEN DE 23 DE NOVIEMBRE DE 1994 POR LA QUE SE ADAPTAN AL PROGRESO TÉCNICO LAS INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS MI-IF 002, MI-IF 004, MI-IF 009 Y MI-IF 010 DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES FRIGORÍFICAS.

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ORDEN 24-4-1996 (BOE 10-5-1996) MODIFICA LAS INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS MI-IF 002, 004, 008, 009 Y 010 DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES, APROBADAS POR ORDEN 24- 1-1978. ORDEN 26-2-1997 (BOE 11-3-1997) RECTIFICA LA TABLA I DE LA MI-IF 004 DE LA ORDEN 24-4-1996, QUE MODIFICA LAS INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES, APROBADAS POR ORDEN 24-1-1978. ORDEN 23-12-1998 (BOE 12-1-1999) MODIFICA LAS INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS MI-IF 002, 004 Y 009 DEL REGLAMENTO DE SEGURIDAD PARA PLANTAS E INSTALACIONES, APROBADAS POR ORDEN 24-1-1978. Además de estas normas, al ser aplicado el frío en numerosos sectores industriales y comerciales de alimentación, se debe aplicar la Reglamentación Técnico Sanitaria sobre <> (R.D. 168/1985, de 6 de febrero) Otras reglamentaciones aplicables son:

•

R.D. 2561/82 de 24 de setiembre (BOE de 13-10-82) Reglamentación Técnico sanitaria de Almacenamiento, Transporte y Comercialización de leche y Productos Lácteos.

•

R.D. 379/84 de 25 de enero (BOE 27-2-84) Reglamentación Técnico Sanitaria de Industrias y Almacenes al por Mayor y envasadores de Productos y Derivados Cárnicos Elaborados y de los Establecimientos de Comercialización al por Menor de la Carne y Productos Elaborados.

•

R.D. 1728/1987, de 23 de Diciembre, por el que se aprueban las Normas tecnicosanitarias que regulan las Prescripciones exigibles para el Comercio intracomunitario e Importacion de Terceros paises de Carnes frescas, asi como las que deben reunir los Mataderos, salas de despiece y almacenes frigorificos autorizados para dicho comercio.

•

R.D. 644/1989, de 19 de mayo, por el que se aprueba la reglamentación TecnicoSanitaria en materia de intercambio de carnés frescas de aves para el Comercio intracomunitario, e importación de las mismas de terceros países, y las normas que hacen Relacion a los mataderos, Salas de despiece y almacenes frigoríficos autorizados.

•

R.D: 362/92 de 10 de abril (BOE 15-4-92) Normas de Orden Sanitario y de Policía Sanitaria relativas a la leche tratada.

•

R.D. 1436/92 de 27 de noviembre, por el que se aprueba la Reglamentación Técnico Sanitaria sobre producción e intercambios intracomunitarios de carnes picadas en trozos de menos de 100 g y preparados para el consumo humano y por el que se modifica el R.D. 1728/1987, de 23 de Diciembre y el R.D. 644/1989, de 19 de mayo.

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•

R.D. 1437/93 de 29 de noviembre (BOE 13-1-93) Normas Sanitarias aplicables a la producción y comercialización de los productos pesqueros y de acuicultura.

•

R.D. 147/93 de 29 de enero (BOE 12-3-93) Normas Sanitarias aplicables a la producción y comercialización de carnes frescas.

•

R.D. 1904/93 de 29 de octubre (BOE 11-2-94) Normas Sanitarias aplicables a la producción y comercialización de los productos cárnicos y de otros dterminados productos de origen animal.

•

R.D. 2087/94, de octubre (BOE 17-12-94), por el que se establecen las condiciones sanitarias de producción y comercialización de carnes frescas de aves de corral.

7.2.- DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE LA CÁMARA.Para determinar el volumen de la cámara de refrigeración y/o congelación, hemos de tener en cuenta lo indicado el Real Decreto 168/1985, de 6 febrero, por el que se aprueba la reglamentación técnico-sanitaria sobre condiciones generales de almacenamiento frigorífico, en el que se indica: El diseño de las cámaras frigoríficas, generalmente se divide en dos etapas: 1ra etapa: se establece o se definen los espacios, la distribución de los productos de la cámara para congelar o enfriar una cantidad determinada de producto. Se debe establecer como será la cámara (geometría), determinar la posición de los equipos, se determina la posición de puertas (entrada y salida), determinar dimensiones de la cámara (físicas) y espacio físico para apilar y como se va apilar, se determina espacio de los pasillos, pre-cámara o cortinas de aire e iluminación. 2da etapa: luego se procede a definir composición y espesores de paredes de la cámara, cielo y piso, luego se calcula carga térmica de enfriamiento y finalmente se selecciona vía catalogo los equipos (evaporador, compresor, condensador y válvula de expansión). En la construcción de cámaras frigoríficas, antes de elegir el aislante apropiado, procederemos, teniendo en cuenta la legislación vigente, sobre cámaras frigorífica, a la determinación de la estiba, para posteriormente determinar la carga térmica o potencia frigorífica y seleccionar los elementos. Estiba de productos.La estiba de los productos en el interior de las cámaras entorpecerá al mínimo la circulación del aire, de modo que no se interfiera en el intercambio de calor aireproducto, ni se creen atmósferas localizadas que puedan perjudicar a los alimentos almacenados. Los productos se distribuirán, por lo tanto, a granel o en pilas o lotes que guarden las distancias mínimas entre ellos, de 10 centímetros en la base (salvo que las características del envase no lo requieran), de 15 centímetros con paredes o de 30 centímetros con la superficie de los serpentines (en el caso de sistemas de convección natural), de 10 centímetros con los suelos, de 50 centímetros con los techos y de 150 centímetros con los evaporadores con sistemas de ventilación forzada, debiendo prever también pasillos o espacios libres que permitan las visitas de inspección de las cargas. 17


En la estiba a granel de productos se tomarán además las precauciones necesarias para que no puedan tener lugar corrimientos de las cargas, evitándose así los daños que podrían producirse a las personas, a las instalaciones y al propio producto. La estiba de los productos se puede obtener de las tablas que aportamos a continuación.

TABLA Nº 3: DENSIDAD DE ALMACENAMIENTO

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TABLA Nº 4: DENSIDAD DE ALAMACENAMIENTO

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20


Mediante las tablas habremos fijado la estiba del producto, y una vez conocida la cantidad de producto que queremos almacenar, tendremos: V PRODUCTO =

M producto − a − almacenar (Kg ) Estiba NETA ⎛⎜ Kg 3 ⎞⎟ m ⎠ ⎝ 21


Generalmente para pasillos y manipulación se asume entre 15-20% del área de suelo. Si tenemos en cuenta que la altura de la cámara se ha fijado, ya sea por conducciones constructivas o por el tipo de producto, tendremos:

VT = ST * H = VPRODUCTO + 0,15 − a − 0,2 * ST * H Teniendo en cuenta que VPRODUCTO = SPRODUCTO * H, y despejando la superficie total del suelo ST, tendremos que:

ST =

S PRODUCTO 0,85 − 0,80

O de otra forma:

VCÁMARA =

VPRODUCTO 0,85 − 0,8

Una vez que hayamos determinado el volumen de la cámara procederemos a realizar el reparto del producto y de los equipos, así como reparto de pasillo con dimensiones adecuadas para las máquinas de almacenaje, si se utilizan. Para comprobar si este es adecuado, si no es así procederemos a incrementar o decrementar el volumen, en el tanto por ciento necesario, para una buena distribución del producto. A continuación mostramos imágenes de cámaras de obra y de paneles Sándwich.

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23


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7.3.- CÁLCULO FRIGORÍFICAS.

DEL

BALANCE

TÉRMICO

EN

LAS

INSTALACIONES

7.3.1.-INTRODUCCIÓN.El cálculo del balance térmico en una instalación frigorífica se realiza para determinar la potencia frigorífica necesaria de la instalación, y así se podrá realizar la elección de los equipos frigoríficos (Compresor, evaporadores, etc.), capaces de cubrir las necesidades térmicas de la instalación frigorífica. Las necesidades térmicas de la instalación, se determinan en función de:

♦ Régimen de trabajo. ♦ Condiciones climáticas exteriores. ♦ Tipo, cantidad, y estado del producto a su entrada en la instalación, calor específico del producto (antes y después de la congelación si esta fuera necesaria), calor latente de cambio de estado, sistema de embalaje, duración del enfriamiento. ♦ Calor de respiración del producto. ♦ Renovaciones de aire. ♦ Aporte de calor debido a la presencia de elementos auxiliares: o Calor por la presencia de personal en el recinto (sensible y latente). o Calor desprendido por la iluminación. o Calor introducido por operaciones periódicas de desescarche en los evaporadores. o Apertura de puertas. o Entrada de carretillas elevadoras, etc. o Ventiladores de los evaporadores, etc. Para seleccionar el equipo de refrigeración necesario, es preciso estimar o calcular la carga térmica del espacio a refrigerar, que llamaremos “CÁMARA”. Las ganancias de calor que forman parte de la carga térmica total, proceden de cuatro fuentes fundamentales: 1. CARGA POR TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE LOS PARAMENTOS: Cálculo de la carga debida a la transmisión por los cerramientos, debiéndose considerar paredes, techos y suelos. Previo a esto habrá que realizar los cálculos de espesores de aislamiento y transmisión o transferencia de calor a través de los paramentos exteriores.

26


2. CARGA DEL PRODUCTO: Cargas debidas al enfriamiento de los productos y embalajes desde las condiciones de entrada a las condiciones de régimen de la cámara. Carga debida a la respiración del producto, calor debido a fenómenos biológicos o químicos. Tiene únicamente importancia en el caso de conservación de vegetales. 3. CARGA POR RENOVACIÓN DEl AIRE: Carga debida a la renovación de aire exterior, que debe ser llevado, de las condiciones exteriores a las interiores del recinto. 4. CARGA POR FUENTES INTERNAS: Carga de calor correspondiente al calor desprendido por los empleados que trabajan en el interior de la cámara, por el alumbrado, motores eléctricos, etc. CARGA DE LAS PERSONAS: Calor desprendido por las personas que trabajan en el interior de la cámara frigorífica. CARGA DEL ALUMBRADO: Calor desprendido por las lámparas en el interior de la cámara. CARGA DE LOS VENTILADORES: Carga debida a los ventiladores (instalación de evaporadores forzados). La carga por ventiladores no debe despreciarse en el caso de cámaras de preenfriamiento y en aquellas que manejen gran caudal de aire OTRAS CARGAS POR SERVICIO. las debidas a la convección y radiación de los aparatos y tuberías, condensación de la humedad exterior, desescarche de los evaporadores. 7.3.2.- CÁLCULO DE CARGA POR TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE LOS PARAMENTOS. Para la realización de éste cálculo debemos tener en cuenta los siguientes datos:

♦ Tipo de aislamiento. ♦ Coeficientes de Conductividad. ♦ Temperatura exterior. ♦ Temperatura interior. ♦ Máxima pérdida admisible. ♦ Coeficientes de Convección. 7.3.2.1.- PÉRDIDA DE CALOR ADMISIBLE POR LOS PARAMENTOS. Es la cantidad de calor que podemos permitir que se pierda por un paramento por unidad de superficie (Q/S). 27


Una vez elegido el tipo de aislante, también conoceremos el valor de su conductividad, por lo que para la determinación del espesor del aislamiento, solo nos quedara calcular el valor de K, este valor puede obtenerse de la fórmula: Q K=

S (te − t1 )

Para ello debemos de fijar el valor de las pérdidas, que estarán comprendidas entre 6,98 y 14 W/m2( 6 y 12 Kcal/h*m2), siendo lo más frecuente fijar los siguientes valores: Para cámaras de temperaturas por encima de 0ºC en 9,28 W/m2 (8 Kcal/h*m2). Para cámaras con temperaturas inferiores a 0 ºC en 6,98 W/m2 (6 Kcal/h*m2). 7.3.2.2.- DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE EL ESPACIO EXTERIOR Y EL ESPACIO REFRIGERADO. Las temperaturas exteriores consideradas para aquellos paramentos que linden directamente con el exterior serán las recomendadas por el Ministerio de Industria y Energía para cada zona geográfica. En caso de no saberla se puede tomar:

Te = te = 0,6 Tmax + 0,4 Tmed Siendo: Tmax= Tª máxima de la zona en el tiempo de funcionamiento de la cámara. Tmed= Tª media de la zona en el tiempo de funcionamiento de la cámara. En el caso de paramentos expuestos al sol deberían tomarse una serie de factores de corrección. En todo caso, en el cálculo de cámaras frigoríficas se pueden tomar las siguientes temperaturas exteriores:

♦ En techos:

Te = te + 15 º C ♦ En paredes orientadas al Oeste:

Te = te + 10 º C ♦ En paredes orientadas al Sur o al Este:

Te = te + 5 º C ♦ Las paredes orientadas al Norte no necesitan corrección. Las temperaturas exteriores consideradas para aquellos paramentos que limiten con otro local será la temperatura de los mismos, así:

♦ De separación con local climatizado:

Te = Temperatura de c lim atización 28


♦ De separación con local no climatizado: Te = te − fc fc = Es un valor entre 2 y 5 (normalmente se toma 3,5) Para el suelo se tomarán las siguientes temperaturas:

♦ En condiciones normales: Te = 15 º C ♦ En caso de que se disponga de vacío sanitario: Te =

( te + 15 ) 2

♦ En caso de que el suelo se encuentre encima de local y no tengamos datos: Te = 25 º C Se tomará como temperatura del espacio refrigerado como aquella necesaria para la conservación óptima del producto almacenado. 7.3.2.3.- CÁLCULO DEL ESPESOR DE AISLAMIENTO. El cálculo del espesor de aislamiento se debe realizar para cada uno de los paramentos que componen la cámara frigorífica, teniendo en cuenta las diferencias constructivas y de temperatura que hay en cada uno de ellos. Partiendo de la fórmula general de la ganancia de calor:

Q = K × S × ∆t Donde: Q = Filtraciones de calor, en Kcal/h K = Coeficiente de transmisión térmica global, en Kcal/h m2 ºC S = Superficie de transferencia en m2 ∆t = Diferencia entre las temperaturas del exterior y del interior de la cámara, en ºC Y dado que el valor de Q/S es la cantidad de calor que podemos permitir que se pierda por un paramento por unidad de superficie tendremos: Q K=

S ∆t

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Como el coeficiente de transmisión térmica global viene dado por: K=

1 ei

1 1 +∑ + hi λi he

Donde: K = Coeficiente de transmisión térmica global, en Kcal/h m2 ºC ei = Espesores de los materiales que componen el paramento, en m λi = Conductividades de los materiales que componen el paramento, en Kcal/h m ºC hi = Conductancia del revestimiento interior de la cámara en Kcal/h m2 ºC he= Conductancia del revestimiento exterior de la cámara en Kcal/h m2 ºC Nota: Ciertos aislamientos de cámaras consisten en una espuma de plástico laminada entre dos hojas metálicas. Cuando se usan estos paneles, el efecto del revestimiento en las características del “sándwich” es despreciable y no es preciso considerarlo en el cálculo del valor de K. El espesor de aislamiento necesario para cada uno de los paramentos vendrá expresado mediante la fórmula:

⎡ ⎤ ei ∆t ⎛ 1 1 ⎞⎥ ⎢ ⎜ ⎟ −⎜ +∑ + ⎟ e=λ× ⎢Q h λi he ⎠⎥ ⎢⎣ S ⎝ i ⎥⎦ Donde: e = Espesores del aislamiento necesario, en m λ = Conductividad del aislamiento seleccionado, en Kcal/h m ºC ∆t = Diferencia entre las temperaturas del exterior y del interior de la cámara, en ºC Q / S = Pérdida de calor por m2 fijada para la cámara, en Kcal/h m2 Σei / λi = Espesores y conductividades de los materiales que componen el paramento, en m / Kcal/h m ºC hi = Conductancia del revestimiento interior de la cámara en Kcal/h m2 ºC he= Conductancia del revestimiento exterior de la cámara en Kcal/h m2 ºC TABLA Nº 5: COEFICIENTES DE CONVECCIÓN.

30


TABLA Nº 6: COEFICIENTES DE CONDUCTIVIDAD DE LOS MATERIALES.

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32


TABLA Nº 7: RESISTENCIAS TERMICAS DE LOS CERRAMIENTOS DE LADRILLO.

TABLA Nº 8: RESISTENCIAS TERMICAS DE LOS FORJADOS. m2 h ºC / Kcal (m2 ºC / W)

TABLA Nº 9: VALORES DE LA CONDUCTANCIA K PARA LOS PARAMENTO

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TABLA Nº 10: TEMPERATURAS EXTERIORES.

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7.3.2.4.- CARGA TÉRMICA A TRAVÉS DE LOS PARAMENTOS.Una vez establecido el coeficiente de transmisión térmica global K (habiendo considerado el espesor y la conductividad del aislamiento térmico seleccionado), la ganancia de calor viene dada por la ecuación básica: Q1 = K × S × ∆t

7.3.3- CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA DEL PRODUCTO Q2. Las necesidades frigoríficas por enfriamiento de la mercancía son, sin duda, las mayores de todas las que intervienen dentro del conjunto total de la potencia frigorífica de la instalación. Las fuentes primarias de carga de refrigeración debidas al propio producto introducido y almacenado en la cámara son: 1. Calor del producto para llevarlo a la temperatura del espacio refrigerado. 2. Calor de respiración generado por parte de los productos refrigerados y los ya almacenados. 7.3.3.1.- CARGA TÉRMICA PARA LLEVAR EL PRODUCTO A LA TEMPERATURA DEL ESPACIO REFRIGERADO. En la carga para enfriamiento del producto intervienen tres aportes: 1. Carga del producto 2. Carga de los embalajes 3. Carga de los palets La cantidad de calor a extraer de un producto para llevarlo a la temperatura de la zona de refrigeración será: 1.- Carga del producto.1.1.- Calor sensible a extraer, para enfriar el producto, desde su temperatura inicial hasta la de congelación (o de conservación si es un producto refrigerado).

QS 1 = m × Ce × (te − tc) Donde: QS1 = Carga térmica sensible del producto antes de congelación, en Kcal/día. m = Masa de producto en Kg/día. Ce = Calor especifico en Kcal/Kg °C te = Temperatura de entrada del producto en ºC tc = Temperatura de congelación del producto en ºC

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1.2.- Calor latente a extraer, para congelar el producto. QL1 = m × Cl

Donde: QL1 = Carga térmica latente de congelación, en Kcal/día. m = Masa de producto en Kg/día. Cl = Calor latente en Kcal/Kg 1.3.- Calor sensible a extraer, para enfriar el producto desde su temperatura de congelación hasta la temperatura final deseada, por debajo de aquél (o desde la temperatura del túnel de congelación previo hasta la deseada).

QS 2 = m × Ce × (tc − tf ) Donde: QS2 = Carga térmica sensible del producto, después de congelación, en Kcal/día. m = Masa de producto en Kg/día. Ce = Calor especifico por debajo del punto de congelación en Kcal/Kg °C tc = Temperatura de congelación del producto en ºC tf = Temperatura final del producto por debajo de su punto de congelación en ºC Los valores de los calores específicos deben de obtenerse de las Informaciones Técnicas publicadas por los Ministerios correspondientes o similares. El calor latente de congelación tiene una relación directa con el contenido de agua del producto; en ausencia de datos concretos y fiables sobre éste y conociendo su contenido de humedad, el calor latente puede ser estimado multiplicando el porcentaje de agua por 80 Kcal/Kg, que es el calor latente de solidificación del agua. La mayoría de los productos para alimentación tiene una temperatura de congelación en la escala de -3,3 a 0,56 ºC, con una media de aproximadamente de -2,2 ºC. Esta última es la que puede usarse para el cálculo, cuando se desconozca el dato exacto del producto a tratar. 2.- Carga de los embalajes.- Calor sensible a extraer, para enfriar el embalaje, desde su temperatura inicial hasta la temperatura final deseada en la cámara QE 2 = me × Cee × ( te − tf )

Donde: QE2 = Carga térmica sensible de los embalajes en Kcal/día me = Masa de los embalajes entrantes en la cámara (Kg/día) Cee = Calor específico de los embalajes (kcal/kg*día) te = Temperatura de entrada de los embalajes (ºC) tf = Temperatura final de la cámara (ºC) 36


3.- Carga de los palets.- Calor sensible a extraer, para enfriarlos palets, desde su temperatura inicial hasta la temperatura final deseada en la cámara QP 2 = m p × Ce p × ( te − tf )

Donde: QP2 = Carga térmica sensible de los palets, en Kcal/día mp = Masa de los palets entrantes en la cámara (Kg/día) Cep = Calor específico de los palets (kcal/kg*día). te = Temperatura de entrada de los palets (ºC) tf = Temperatura final de la cámara (ºC) Cuando los palets, cajas u otro tipo cualquiera de materiales de protección o transporte representan una parte significativa de la masa total introducida, esta ganancia de calor de estos elementos debe ser tenida en cuenta, en el cálculo. Otra información que podemos tener en cuenta es la siguiente: Si desconocemos el dato de entrada del producto diario a la cámara se tomará el 10 % del producto que se almacena en la misma.

m producto diario = 10 % malmacenada Cuando se desconoce el calor específico antes de la congelación del producto se toma:

Ce =

( a + 0 ,4 b ) 100

Siendo: a = cantidad de agua en el genero en % b = cantidad de materia orgánica en el genero en %, se toma como calor específico de la materia orgánica 0,4 kcal/Kg ºC Cuando se desconoce el calor latente de congelación del producto en la congelación se toma:

Cl = 80 a Siendo: a = cantidad de agua en el genero en % Cuando se desconoce el calor específico después de la congelación se toma:

Ce =

( 0 ,5 a + 0 ,4 b ) 100

Siendo: a = cantidad de agua en el genero en % b = cantidad de materia orgánica en el genero en %, se toma como calor específico de la materia orgánica 0,4 kcal/Kg ºC

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Si no se conoce el dato del contenido en agua ni el calor especifico del producto se puede tomar como calor específico 0,85 kca/kg ºC y como calor latente de congelación 65 kcal/kg. Si se desconoce el dato real de la masa diaria de embalaje que entra en la cámara diariamente, se toma un 5 -10 % de la masa del producto diario que entra en la cámara.

membalaje = 5 − 10 % m producto diario El calor específico del embalaje cuando se desconoce se toma 0,6 kcal/kg*°C y como calor latente de congelación del embalaje si no se conoce se puede tomar 10 kcal/kg, para los palets si son de madera o similar el calor específico que se toma es 0,65 kcal/kg. 7.3.3.2.-CARGA TÉRMICA POR RESPIRACIÓN DEL PRODUCTO QR2.Las frutas y los vegetales continúan con vida después de su recolección y continúan sufriendo cambios mientras están almacenadas. Lo más importante de esos cambios son los producidos por la respiración, que es un proceso durante el cual el oxígeno del aire se combina con los carbohidratos en el tejido de la planta dando como resultado la formación de dióxido de carbono y calor. El calor eliminado es llamado calor de respiración y debe ser considerado como una parte de la carga del producto donde cantidades considerable de frutas y/o vegetales están almacenados a una temperatura superior a la de congelación. La cantidad de calor involucrada en el proceso de respiración depende del tipo y temperatura del producto. La carga del producto proveniente del calor de respiración se calcula multiplicando la masa total del producto por el calor de respiración obtenido en las Tablas, o sea: QR 2 = m1 × C r 1 + m2 × C r 2

Donde: QR2 = Carga térmica de respiración del producto, en Kcal/día m1 = masa del producto ya almacenado en la cámara, en Tn Cr1 = Calor de respiración del producto ya almacenado, en Kcal/Tn*día m2 = masa del producto entrante en la cámara, en Tn Cr2 = Calor de respiración del producto entrante en la cámara, en Kcal/Tn*día Para el producto que ya está almacenado se toma como calor de respiración 0,2 kcal/kg a 0ºC y de 0,4 Tn/kg a 25ºC Si no se conoce el valor del calor de respiración del producto diario de entrada en la cámara se toma el valor de 2,2 kcal/kg La carga térmica del producto viene dada por: Q 2 = QS1 + QL1 + QS 2 + QE 2 + QP 2 + QR 2

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TABLA Nº 11: CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL PRODUCTO.

39


TABLA Nº 12: CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL PRODUCTO.

7.3.4- CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA POR RENOVACIÓN DE AIRE Q3. Cada vez que la cámara se abre el aire exterior penetra en la zona de refrigeración. La temperatura y humedad relativa de este aire cálido deben ser integradas en las condiciones interiores, con el subsiguiente incremento de la carga. Es difícil determinar éste con cierto grado de exactitud.

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La cantidad de veces que se abre una cámara depende más de su volumen, que del número de puertas que tenga. Las Tablas de Renovaciones, indican el número de cambios de aire (renovaciones) en 24 horas, para distintos volúmenes de cámaras, basados en experiencias prácticas. El calor a extraer del aire exterior, para adaptarlo a las condiciones interiores de la cámara, se obtiene del diagrama Psicrométrico (teniendo en cuenta las condiciones de entrada del aire y del mismo dentro de la cámara). La Tabla de Renovaciones no debe usarse cuando se prevea una ventilación con aire exterior. La carga de ventilación en estas condiciones, reemplazará la relativa a la apertura de las puertas, si es mayor que ésta. Los m3/s. de aire de ventilación deben ser utilizados, según las Tablas, para obtener la carga de calor debida a ésta circunstancia. Para reducir las infiltraciones a través de las puertas pueden utilizarse varios sistemas, entre los que se encuentran, las cortinas de aire o bandas elásticas, las antecámaras y las puertas automáticas. Las reducciones conseguidas en el volumen de aire introducido en la cámara pueden variar, en función de la aplicación y método de tratamiento de la puerta que se utilice. La reducción en el caudal de aire puede ser obtenida a través del fabricante de las puertas y/o por la experiencia práctica. El calor por renovación de aire se calculará aplicando la fórmula: Q3 = V ×

1 × N º de renovaciones × ( hext − hint ) Ve

Donde: Q3 = Carga térmica por renovaciones de aire Kcal/día V = Volumen de la cámara en m3 1/Ve = Densidad del aire en Kg/m3 hext = Entalpía del aire exterior en Kcal/Kg hint = Entalpía del aire interior en Kcal/Kg Si se desconoce el nivel de infiltraciones que puede tener la cámara podemos estimar las pérdidas por este motivo: Para cámaras grandes de almacenamiento en un 10 %. Para cámaras de almacenamiento y distribución en un 25 %. Para las cámaras pequeñas en un 40 %. Para las cámaras de hortalizas o frutas se deben de producir 4 renovaciones diarias de volumen de la cámara como mínimo. El número de renovaciones puede extraerse de la siguiente gráfica.

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TABLA Nº 13: RENOVACIONES DE AIRE

En caso de régimen de trabajo especial se multiplica el dato obtenido de la anterior gráfica por:

♦ Trabajo intenso ……………………………………………... 2 ♦ Cortinas de aire o antecámaras …………………………… 0,4 ♦ Periodos largos de almacenaje ……………………………. 0,6 7.3.5.- CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA POR SERVICIO Q4.7.3.5.1.- CARGA TÉRMICA POR LOS VENTILADORES DE LOS EVAPORADORES QV4. En este tipo de carga térmica se evalúa el equivalente calorífico del trabajo realizado por los motores de los ventiladores, instalados en los evaporadores en la cámara frigorífica, a partir de su potencia. Como quiera que ésta no se conoce o está en fase de diseño, se puede aproximar a dicha carga mediante un porcentaje de las demás pérdidas. El cálculo del calor aportado por los ventiladores, se realiza teniendo en cuenta que: QV 4 = 630 * P * t

Donde: QV4 = Carga térmica de los ventiladores de los evaporadores P = Potencia de los motores de los ventiladores en CV t = Horas por día de funcionamiento de los ventiladores Teniendo en cuenta que la potencia y las horas de funcionamiento solo podrán conocerse de manera exacta una vez se haya calculado el balance térmico y seleccionado los equipos y se desconoce a priori, se considerará para este concepto un 8 % de la suma de las potencias calculadas en los apartados anteriores. Así:

(

QV 4 = 0,08 × Q1( paramentos ) + Q2( producto ) + Q3( renovación )

) 42


El cálculo preciso del calor aportado por los ventiladores, se realizará una vez se hayan seleccionado los equipos, y teniendo en cuenta que: QV 4 = 630 * P * t

Algunos autores indican que el calor desprendido por los ventiladores está comprendido en el caso de cámaras de refrigeración entre 10 y 50 Kcal/m3, y otros asumen 0,145 w/m3: Estos valores pueden ser superiores en cámaras de congelación. QV 4 = QV * V

Donde: QV = Calor desprendido por los ventiladores, en Kcal/m3*día V = Volumen de la cámara en m3 7.3.5.2.- CARGA TÉRMICA POR LAS PERSONA QP4. Las personas desprenden calor en distintas proporciones, dependiendo de la temperatura, tipo de trabajo, vestido, corpulencia, etc.; dado el grado de aleatoriedad de esta variable suele tomarse como calor desprendido por persona el de 150Kcal/h. Cuando el ocupante penetre en la cámara por cortos espacios de tiempo, arrastrará consigo grandes cantidades de calor, muy por encima de las indicadas en las Tablas. Por ello, éstas deben se aumentadas cautelarmente si el tránsito de este tipo de cargas es importante. El calor total de las personas será: QP 4 = n × q × t

Siendo n el número de personas que entran en la cámara y t el tiempo medio de permanencia. TABLA Nº 14: CALOR POR PERSONA.

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TABLA Nº 15: CALOR POR PERSONA.

Cuando se trate de cámaras frigoríficas en las que difícilmente podramos calcular con alguna precisión las horas que en ellas permanecen las personas, el valor de la carga térmica por persona QP4, convendrá estimarlo dentro del cálculo de la carga térmica por servicio QS4 7.3.5.3.- CARGA TÉRMICA POR ILUMINACIÓN QI4. Estas dependen del nivel de iluminación proyectado en la cámara frigorífica y el tiempo de utilización. Generalmente el nivel de iluminación será bajo, entre 50 y 100 lux Si se conoce la potencia del alumbrado instalado el valor será: QI 4 = P × t

Siendo P la potencia instalada y t el tiempo de funcionamiento diario. Para los fluorescentes se toma un 25 % de incremento de la potencia instalada. Si se desconoce la potencia instalada se puede tomar:

♦ Para zonas de almacenamiento 4 W/m2. ♦ Para zonas de trabajo 6 W/m2. 7.3.5.4.- CARGA TÉRMICA POR SERVICIO O DE PÉRDIDAS DIVERSAS QS4. Toda energía, disipada en el interior del espacio refrigerado (aperturas de puertas, maquinaria, calentadores, etc.) debe ser incluida en la carga térmica. Estas cargas son debidas a:

Las debidas a la convección y radiación de los aparatos y tuberías por donde circula el fluido frigorífico. Aunque las tuberías deben estar convenientemente aisladas, las pérdidas son inevitables.

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Pérdidas debidas a la condensación de la humedad exterior sobre las baterías refrigerantes y pérdidas de humedad debidas al producto.

Carga térmica debida al desescarche de los evaporadores.

Otras cargas térmicas.

En todo caso la ganancia por este tipo de cargas, si no se dispone de la información suficiente, se puede calcular como un 5 ó 10 % de la carga por transmisión de los paramentos, enfriamiento del produjo y por respiración del producto. (Tomaremos un 5 % cuando conozcamos la maquinaria y un 10 % cuando no la conozcamos), al coeficiente así obtenido se le denomina coeficiente de mayoración, o coeficiente de seguridad. En caso de no conocer las cargas por personas y alumbrado se puede tomar un 15 %.

QS 4

⎧0,05⎫ ⎪ ⎪ = ⎨0,10 ⎬ × Q paramentos + Q producto + Qrespiración ⎪ 0,15 ⎪ ⎭ ⎩

(

)

Recordar que para poder realizar esta operación (y las siguientes) debemos pasar el calor por paramentos a Kcal/día. La carga térmica total por servicio es: Q4 = Qv 4 + QP 4 + QI 4 + QS 4

7.3.5.5.- CARGA TÉRMICA TOTAL DE LA CÁMARA La carga térmica total de la cámara será: QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

7.3.6.- POTENCIA FRIGORÍFICA.Esta carga térmica total está referida a un periodo de 24 horas, por lo que es necesario fijar un número de horas de funcionamiento del compresor o compresores (T), con objeto de controlar la producción efectiva (capacidad) horaria de los compresores. Por tanto PF =

QT ( día ) t

Donde: PF = Potencia frigórífica en Kcal/h QT = Carga térmica total de la instalación Kcal/día t = Horas de funcionamiento diarias en horas El número de horas de funcionamiento adoptado suele variar de la siguiente forma:

♦ En instalaciones comerciales entre 14 y 16 horas/día

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♦ En el caso de instalaciones de cámaras de refrigeración y congelación industriales entre 18 y 22 horas/día Hemos de tener en cuenta que en las cámaras de preenfriamiento la carga térmica horaria es mayor que la calculada, debido a las condiciones de entrada del producto, a las condiciones del aire en el interior y a la necesidad de un enfriamiento rápido, lo que obliga a introducir un factor que oscila entre 0,7 y 0,9 que divide a la carga térmica total calculada, de modo que la carga se incrementa. Este factor solo se aplica en cámaras de preenfriamiento, y no en las cámaras de conservación de productos. 7.4.- TÚNELES DE CONGELACIÓN O CÁMARAS DE PREENFIRAMIENTO.En los túneles debemos distinguir dos tipos:

♦ Túneles Continuos. ♦ Túneles Discontinuos. 7.4.1.- TÚNELES CONTINUOS.El cálculo es básicamente el mismo que el realizado para una cámara típica de conservación, aunque teniendo en cuenta las siguientes variaciones:

Solo se considera la existencia de un túnel.

No existe una masa de producto almacenada, dándose la cantidad de producto en general en Tn/h.

Se debe especificar la temperatura de salida del producto del túnel.

La carga de respiración del producto es opcional.

Se considera que la configuración típica es rectangular.

El volumen de renovación estimado es el que correspondería a una cámara normal de las mismas dimensiones, pero considerando cortinas de aires o antecámaras, La carga por renovación es opcional.

Si se desconoce la potencia de los ventiladores estos no se pueden estimar por el porcentaje facilitado anteriormente, ya que en estas instalaciones existe una carga importante en este sentido, la ecuación mediante la cual se estima la carga para los ventiladores es: PV =

Vimpulsión * H manométrica * 8,4366

η ventilador

Donde: Pv = Potencia de los ventiladores en Kcal/h Vimpulsión = Volumen de aire impulsado por el ventilador en m3/seg Hmanométrica = Altura manométrica en mm.c.a. (entre 50 y 60 mm.c.a.) ηventilador = Rendimiento del ventilador entre 60 y 70 %

El cálculo ser realiza de forma horaria. 46


7.4.2.- TÚNEL DISCONTINUO.

Solo se considera la existencia de un único túnel.

Solo existe una masa de producto almacenada, dándose la cantidad de producto en general en Tn/h.

Se debe especificar el número de horas que el producto permanece en el túnel.

Se debe especificar la temperatura de salida del producto del túnel.

La carga de respiración del producto es opcional, media entre las condiciones de entrada y salida.

Se considera que la configuración típica es rectangular.

El volumen de renovación estimado es que correspondería a una cámara normal de las mismas dimensiones, pero considerando cortinas de aires o antecámaras, La carga por renovación es opcional.

Si se desconoce la potencia de los ventiladores estos no se pueden estimar por el porcentaje facilitado anteriormente, ya que en estas instalaciones existe una carga importante en este sentido, la ecuación mediante la cual se estima la carga para los ventiladores es: PV =

Vimpulsión * H manométrica * 8,4366

η ventilador

Donde: Pv = Potencia de los ventiladores en Kcal/h Vimpulsión = Volumen de aire impulsado por el ventilador en m3/seg Hmanométrica = Altura manométrica en mm.c.a. (entre 50 y 60 mm.c.a.) ηventilador = Rendimiento del ventilador entre 60 y 70 %

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TABLA Nº 16. TABLA ORIENTATIVA DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS EN CÁMARAS

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BIBLIOGRAFÍA.Título: Manual Ashrae, 1990, Refrigeración Sistemas y Aplicaciones Autor: Ashrae Editorial: ATECYR Título: Principio de la refrigeración Autor: Roy J. Dossat Editorial: CECSA Título: Enciclopedia Ceac de la Refrigeración Autor: Juan Antonio Ramirez Editorial: Ceac Título: Cálculo en Instalaciones Frigoríficas Autor: José maría Pinazo Ojer Editorial: Universidad Politécnica de Valencia Título: Cámaras Frigoríficas y Túneles de Enfriamiento Rápido Autor: P. Melgarejo Editorial: AMV Ediciones Título: Ingeniería del Frío Teoría y Práctica Autora: Mª Teresa Sánchez y Pineda de las Infantas Editorial: AMV Ediciones Título: Guía Práctica de la Selección de Elementos de una Instalación Frigorífica Autor: José Fernando de la Oliva Carmona Editorial:Csif Título: Guía Básica del Frigorista Autor: Casimiro Catalá Gregori Editorial: Catainfri, S.L.

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Curso Calculo y Diseño de Cámaras Frigoríficas

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