INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología
DISEÑO DE UNA CÁMARA FRIGORÍFICA FRIGORÍF ICA PAR PARA A CANALES CANAL ES DE RES
Al umnos : Baz ánr e y esGi ov anniManuel Her nándezSer r anoOs car Lor aGuer r er oOsc arEduar do Si l vaPér ezHugo
Pr o f e sor a : Cr uzPachec oKar i na
Gr upo:5LV4
Fec hadeent r eg a:26/Ma May o/2014
CONDICIONES CLIMATOL!ICAS DEL LU!A" Para realizar el diseño de una !"ara #ri$or%&a se de'e (o"ar en uen(as las ondiiones del li"a del lu$ar a ele$ir) en es(e aso se eli$i* el "unii+io de ,lalne+an(la de -az) Es(ado Es(ado de M./io) M./io) las ondiiones ondiiones li"a(ol*$ias li"a(ol*$ias son las las si$uien(es0 Ta#la $% Condiciones cli&atol'gicas del &(nicipio Tlalnepantla de Ba)
L(gar* Altit(d* .(&edad relati/a Te&perat(ra #(l#o 01&edo Te&perat(ra #(l#o seco Te&perat(ra &2-i&a e-terior Te&perat(ra interior del dise3o 4elocidad 4eloci dad e-terior del aire 4elocidad 4eloci dad interior del aire
Tlalnepantla de Ba)+ Estado de M,-ico 1123 "sn" 456 778F 928F 398F 218F 9:2 "+; <:< "+;
DESC"IPCIN DEL P"ODUCTO La !"ara a diseñar (endr! una a+aidad +ara a+ro/i"ada"en(e a+ro/i"ada"en(e =7 anales) ada anal +esa a+ro/i"ada"en(e 255 >$: Es deir (endr! una a'ida +ara 15 (oneladas de arne: La arne se onser?a +or #r%o a una (e"+era(ura de los 218F @58C B a una ;u"edad rela(i?a de 956:
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Ta#la 5% Condiciones de Al&acena&iento de canales de res
Te&perat(ra de entrada Te&perat(ra de al&acena&iento Tie&po de al&acena&iento Calor especí6co arri#a del p(nto de congelaci'n Calor especí6co a#a7o del p(nto de congelaci'n Calor latente de f(si'n P(nto de congelaci'n Capacidad a al&acenar
458F 218F < d%as 5:74 -,Ul'8F 5:5 -,Ul'8F 93 -,Ul' 198F )591:5 li'ras @15 (on:
DIMENSIONAMIENTO DEL ESPACIO La dis+osii*n del arril B el es+aia"ien(o de las anales de 'o?inos suele ser uni#or"e B (ener las di"ensiones si$uien(es0 de 5:3 " a l " de lon$i(ud del arril +or anal @anales de un +eso de 255 $ B de 5:3 " a l " la dis(ania en(re arriles: Del suelo a la anal se (o"a una dis(ania "%ni"a de 5:3 ") del riel al (e;o i$ual 5:3 " o"o "%ni"o:
Il(straci'n $% Di&ensiones para rieles de canales de res
Para el ao"odo de los anales en rieles se deidi* oloar 4 arriles ue (endr!n < $an;os +ara ol$ar las anales) ser!n en (o(al 75 $an;os) la dis(ania en(re los arriles ser! de < ") la dis(ania en(re anales ser! de 5:3 ") se dear!n 1 "e(ros e/(ras de ada +ared de la !"ara +ara ue ;aBa una "o?ilidad a"+lia de las +ersonas ue in$resen a la !"ara B (a"'i.n +ara el eui+o de re#ri$erai*n ue se ;allar! den(ro de la !"ara:
A on(inuai*n se "ues(ra un esue"a del ao"odo de las anales en los rieles de (rans+or(e den(ro la !"ara #ri$or%&a:
Il(straci'n 5% Es8(e&a del aco&odo de las canales de res dentro de la c2&ara frigorí6ca
Las "edidas de la !"ara uedaron de la si$uien(e "anera0 Lar$o
7:1 #( @<: " 1=:1 #(: @3 "
An; o Al(ura <4:7 #( @:3 "
PA"ED
PA"ED PA"ED <4:7 #(
PA"ED
1=:1 #(
MATE"IALES DE CONST"UCCIN PAREDES
7:1 #(
Ta#la 9% Materiales para las paredes de la c2&ara frigorí6ca
Ma(erial Conre(o = Poliure(ano e/+andido L!"ina Cold Roll
Es+esor @+ul$adas = 1 5:5
Coe&ien(e de ondu(i?idad @ 5:<2 5:<7 <1
CIELO Ta#la :% Materiales para el cielo de la c2&ara frigorí6ca
Ma(erial Losa Conre(o Madera A'e(o Poliure(ano e/+andido L!"ina Cold Roll
Es+esor @+ul$adas = 1 5:5
Coe&ien(e de ondu(i?idad @ 5:<1 5:35 5:<7 <1
PISO Ta#la ;% Materiales para el piso de la c2&ara frigorí6ca
Ma(erial Piso de losa 1 Poliure(ano e/+andido Conre(o
Es+esor @+ul$adas 1 1
Coe&ien(e de ondu(i?idad @ 5:5=7 5:<7 5:5=
PUER,A Ta#la <% Materiales para las p(ertas de la c2&ara frigorí6ca
Ma(erial
Es+esor
Coe&ien(e de
Poliure(ano e/+andido L!"ina Cold Roll L!"ina Cold Roll
@+ul$adas = 5:5 5:5
ondu(i?idad @ 5:<7 <1 <1
Los "a(eriales ele$idos +ara #a'riar la !"ara #ri$or%&a #ueron (o"ados de @Dossa() <997 al i$ual ue las ondu(i?idades B es+esores: El +oliure(ano es el aislan(e "!s u(ilizado +ara la #a'riai*n de !"aras #ri$or%&as a(ual"en(e +or su 'ao oe&ien(e de ondu(i?idad:
C=LCULO DE CA"!AS CA"!A EN PA"EDES Cuando una +ared es(! ons(ruida de ?arias a+as de di#eren(es "a(eriales) o"o en es(e diseño) la resis(enia (.r"ia (o(al de la +ared es la su"a de las resis(enias de los di#eren(es "a(eriales de ue es(! ons(ruida la +ared) inluBendo es(e es) 1 x x x 1 = + + + + U f i k 1 k 2 k n f o 1
Por lo (an(oH
U =
1
x x x 1 + + + f i k 1 k 2 k n f o 1
+
Donde
f i =Coeficientedeconvecciónde paredinterior f o =Coeficientedeconvecciónde paredexterior x =espesor delacapa k =coeficientede conductividad Para el !lulo de f i B f o e/is(en 1 #*r"ulas B se 'asan en la (e/(ura de la su+er&ie de la +ared
f =2 + 0.4 v @Para +ared "ediana"en(e ru$osa f =1.6 + 0.3 v @Para +ared lisa
Donde
v =velocidad del aire( internooexterno)
CA"!A EN PA"ED ESTE > OESTE Para el !lulo de la ar$a en la +ared es(e) oes(e) nor(e B sur) (o"are"os los "is"os ?alores de U de'ido a ue las +aredes es(!n ;e;as de los "is"os "a(eriales B es+esores: Se alula & B #o) #o se alula on la si$uien(e #*r"ula +orue la (e/(ura e/(erior de las +aredes es "ediana"en(e ru$osa +or ser ;e;a de onre(o
f o =2 + 0.4 ( velocidad exterior)=2 + 0.4 ( 9.3 mph )=5.72
BTU °Ffth
& se alula on la si$uien(e #*r"ula de'ido a ue la su+er&ie in(erna es lisa
f i =1.6 + 0.3 ( velocidad interior )=1.6 + 0.3 ( 1.1 mph )=1.93
BT U ° Fft h
Se +roede a alular U usando los da(os "os(rados en las (a'las de "a(eriales a u(ilizar
U =
1
x x x 1 + + + f i k 1 k 2 k n f o 1
+
U =
1 1 1.93
+
U = 0.017
6 0.13
+
2 0.17
+
0.04 12
+
1 5.72
BTU °Ffth
A;ora on (odos los da(os neesarios se +roede a alular la ar$a @
Q=( Áreadela pared ) (U ) (∆ T )
Q=( 15.74 ft ∗47.24 ft )
Q=720.507
(
0.017
)
BTU (89 ° F −32 ° F ) ° Ffth
BTU h
El resul(ado de es el "is"o +ara la +ared Oes(e B Es(e:
CA"!A EN PA"ED NO"TE > SU" Es(e es un aso es+eial) las +aredes nor(e B sur (ienen den(ro de su !rea una +uer(a +or ada +ared) as% ue se +roede a res(ar el !rea de las +uer(as al !rea de la +ared de'ido a ue las +uer(as B las +aredes son de di#eren(es "a(eriales) el !rea de las +uer(as es de 35:=33 #( 1 "ien(ras ue el !rea (o(al de la +ared es de <<:==3 #(1) +or lo (an(o0
Área de la pared = Áreatotal de la pared− Área de la puerta
Área de la pared =411.668 ft 2− 80.688 ft 2=330.98 ft 2 Se$ui"os usando el ?alor de U o'(enido an(erior"en(e Ba ue son del "is"o "a(erial las +aredes: Calula"os +ara +ared nor(e B sur:
Q=( Áreadela pared ) (U ) (∆ T )
Q=( 330.98 ft 2 )
Q=320.719
(
0.017
)
BTU (89 ° F − 32 ° F ) °Ffth
BTU h
El resul(ado de es el "is"o +ara la +ared Nor(e B Sur:
CA"!A EN PUE"TA Las +uer(as al no ser del "is"o "a(erial ue las +aredes se de'e saar una nue?a U) & B #o: Para & B #o se die ue las dos +uer(as son lisas +or el lado in(erior B e/(erior +or lo (an(o se alulan on la #*r"ula an(es ?is(a0
f i =1.6 + 0.3 ( velocidad interior )=1.6 + 0.3 ( 1.1 mph )=1.93
BTU ° Fft h
f o =1.6 + 0.3 ( velocidad exterior)=1.6 + 0.3 ( 9.3 mph ) =4.39
BTU ° F ft h
O'(ene"os U0
U =
U =
1
x x x 1 + + + f i k 1 k 2 k n f o 1
+
1 1 1.93
+
6 0.17
+
0.04 12
+
0.04 12
+
1
=0.027
BTU °Ffth
4.39
,o"ando en uen(a ue !rea de ada +uer(a es de 35:=33 #(1 se +roede a alular la ar$a @0
Q=( Áreadela puerta ) ( U ) ( ∆T )
Q=( 80.688 ft 2 )
Q=124.178
(
0.027
)
BTU (89 ° F −32 ° F ) °Ffth
BTU h
El resul(ado de es el "is"o +ara la +uer(a de la +ared nor(e B sur:
CA"!A EN CIELO En es(e aso +ara alular la ar$a en el ielo o (e;o usa"os #o B & de las +aredes nor(e) sur) es(e B oes(e +or ser de las "is"as ara(er%s(ias de (e/(ura) se realula U de'ido a ue el ielo se #or"a +or o(ros "a(eriales di#eren(es al de las +aredes nor(e) sur) es(e B oes(e:
U =
U =
1
x x x 1 + + + f i k 1 k 2 k n f o 1
+
1 1 1.93
+
U = 0.0187
4 0.12
+
6 0.80
+
2 0.17
+
0.04 12
+
1 5.72
BTU °Ffth
Ja on el nue?o da(o de U +ara el ielo) se o'(iene 0
Q=( Área delcielo ) ( U ) ( ∆ T )
Q=( 1239.57 ft 2 )
Q=1321.257
(
0.0187
BTU h
)
BTU (89 ° F −32 ° F ) °Ffth
CA"!A EN PISO Para el aso del +iso se usa el "is"o #o B & ue el aso de ielo B se o'(iene U on los ?alores de de ada "a(erial ue o"+one el +iso:
U =
U =
1
x x x 1 + + + f i k 1 k 2 k n f o 1
+
1 1 1.93
+
U = 0.0102
2 0.067
+
4 0.17
+
2 0.046
+
1 5.72
BTU °Ffth
Para el aso del +iso se onsidera 'aar 48F la (e"+era(ura e/(erior) es deir 'aarla de 398F a 38F) se +roede a alular 0
Q=( Áreadel piso ) ( U ) ( ∆ T )
Q=( 1239.57 ft 2 )
Q=720.686
(
0.0102
)
BTU (84 ° F −32 ° F ) ° Ffth
BTU h
Reole(ando los da(os o'(enidos se (iene la si$uien(e (a'la0 Ta#la ?% "es(&en de las cargas de las paredes de la c2&ara frigorí6ca
Pared Este Oeste Norte S(r P(erta Norte P(erta S(r Cielo Piso
@-,U; 715:457 715:457 215:7<9 215:7<9 <1:<73 <1:<73 <21<:147 715:=3=
Carga en Paredes
•
)271:74< -,U;
CA"!A P"ODUCIDA PO" EL P"ODUCTO
Al +rodu(o es a uien se le de'e re(irar alor +rini+al"en(e +ara ue un de(er"inado Kuido o es+aio se "an(en$a den(ro de ier(as ondiiones de (e"+era(ura B ;u"edad: En es(os asos) el alor $anado en el es+aio) ue +ro?iene del +rodu(o) se alula +or la si$uien(e euai*n0
Q =m C ∆ T Donde0
Q=Cantidad de caloren BTU
m=masa del producto ( lb )
(
C =Calor específico arriba deconelación
)
BTU ° F lb
∆ T =Cambioen latemperaturadel producto(° F )
,ene"os los si$uien(es da(os0 ,e"+era(ura de en(rada ,e"+era(ura de al"aena"ien(o Calor es+e%&o arri'a del +un(o de on$elai*n Ca+aidad a al"aenar
458F 218F 5:74 -,Ul'8F )591:5 li'ras @15 (on:
A+lia"os la #*r"ula an(erior +ara o'(ener la ar$a +or el +rodu(o0
Q =m C ∆ T
Q=( 44,092.40 lb )
(
0.75
)
BTU ° F ( 50 ° F −32 ° F ) lb
BTU Q=595,247.4 24 h Q=24,801.975
•
BTU h
CA"!A !ENE"ADA PO" IN@ILT"ACIN
La $anania de alor en el es+aio re#ri$erado o"o resul(ado de los a"'ios de aire es di#%il alularla on e/a(i(ud) +or eso se +roeden a u(ilizar (a'las on da(os a+ro/i"ados: El +ri"er +aso es (ener el ?olu"en in(erior de la !"ara) .s(e es0
!olumen= 47.24 ft ∗26.24 ft ∗15.74 ft =19,510.95 ft 3 Pos(erior"en(e de la (a'la <53- @Dossa() <997 se o'(iene el n"ero de a"'ios de aire +ro"edio +or 1 ;oras) se realiza una in(er+olai*n on los si$uien(es da(os o'(enidos de la (a'la olu"en @#(2 <4)555 <9)4<5:94 15)555
Ca"'ios de aire +or 1; 2:5 1:=
" = " a +( x − x a )
( " b − " a) ( x b − x a)
" =3.0 + (19,510.95 −15,000 )
( 2.6 −3.0 ) ( 20,000 −15,000 )
#$merode cambios de aire=2.6391 Lue$o de la (a'la <5:7Q @Dossa() <997 se o'(iene el #a(or +or a"'io de aire) (o"ando en uen(a las si$uien(es ondiiones0 ,e"+era(ura e/(erior "!/i"a958F ,e"+era(ura uar(o de al"a.n218F u"edad rela(i?a 456 Se ;ae una in(er+olai*n on los da(os de la (a'la a las ondiiones es(a'leidas0 ,e"+: Al"a.n @8F 24 21 25
" = " a +( x − x a )
Fa(or +or a"'io de aire 1:<7 1:1=
( " b − " a) ( x b − x a)
Factor =2.17 + ( 32−35 )
( 2.26 −2.17 ) BTU =2.224 3 ( 30−35 ) ft
allando el #a(or B el n"ero de a"'ios de aire) se +roede a alular 0
Cara porinfiltración=!olumeninterior∗factor∗ #$merode cambios de aire Cara porinfiltración=19,510.95 ft 3∗2.224
Cara porinfiltración=114,516.758
Cara porinfiltración= 4,771.531
BTU 24 h
BTU hr
BTU ∗2.6391 ft 3
•
CA"!A PO" ILUMINACIN
Para es(e !lulo se (o"a en uen(a la si$uien(e #*r"ula +ara la ar$a0
(
Q=( ¿ l%mparas )∗( &atts porl%mpara )∗
BTU h
3.415
)
Para la !"ara #ri$or%&a se u(ilizar!n <3 l!"+aras de la "ara E,AP Mod: RD<=T<=LEDN25S on una +o(enia de 2 B resis(enia a 'aas (e"+era(uras) es(ar!n dis(ri'uidas de la si$uien(e "anera en la !"ara:
Se alula 0
(
Q=( 16 l%mparas )∗( 34 & )∗
3.415
)
BTU BTU =2090 h h
La !"ara solo (endr! la ilu"inai*n enendida duran(e ;oras) 1 ;oras +ara "e(er el +rodu(o a la !"ara B 1 ;oras +ara dis(ri'uirlo a los a"iones +ara su ?en(a) el (ie"+o res(an(e del d%a +er"aneer!n a+a$adas: Por lo (an(o)
•
CA"!A PO" MOTO"ES
En es(a !"ara #ri$or%&a se usar!n "o(ores de <:4 P) el eui+o de en#ria"ien(o se ;allar! den(ro de la !"ara #ri$or%&a) se$n da(os de la (a'la <5< @Dossa() <997 +ara un "o(or de <:4 P la ar$a es de 2755 -,U;) en(ones0
Q=( ¿ 'otores )∗(Cara ) Q=( 4 motores )
Q=14,800
•
(
3700
BTU h
)
BTU h
CA"!A PO" PE"SONAL
Para alular di;a ar$a se (o"an los da(os de la (a'la <5:<4 @Dossa() <997 ue die ue +ara una (e"+era(ura de 218F el alor edido +or +ersona es de 913 -,U;: Solo ser!n +ersonas las ue (en$an aeso a la !"ara #ri$or%&a Ba sea +ara "e(er +rodu(o o saarlo a dis(ri'ui*n) i$ual"en(e solo +odr!n aesar las +ersonas en un (ie"+o de ;oras) las anales +ara su desar$a ser!n reorridas "edian(e los arriles) ;a'r! un (ra"o +le$a'le de arril al iniio B al &nal del arril +ara e?i(ar ue el +ersonal ar$ue la anal: Se o'(iene la ar$a +or +ersonal "edian(e la si$uien(e euai*n0
Q=( ¿ (ersonas )∗( Cara ) Q=( 4 personas )
Q=3712
BTU h
(
BTU h
928
)
"ESUMEN !ENE"AL DE CA"!AS Ta#la % "es(&en !eneral de Cargas
CA"!A TÉ"MICA Paredes
CALO" BTU0
.oras de (so 0
Calor BTUdía 1
)271:74<
<5)9=:51
Produ(o
1 1)35<:974
494)17:55
In&l(rai*n
)77<:42<
<9)53=:<1
Ilu"inai*n
1)595:555
3)2=5:555
Mo(ores
1 <)355:555
244)155:555
Personal
2)7<1:555
<)33:555
4)43:147
<)597)=37:43
TOTAL
A+liando un #a(or de se$uridad ue $eneral"en(e es el <56 (ene"os0
(
)
BTU BTU ∗1.10 = 60,042.682 CaraTotal= 54,584.257 h h
Con?ir(iendo a >al; +ara ;allar el eui+o ideal (ene"os0
60,042.682
BTU ∗0.252 kcal h )cal =15,130.756 h 1 BTU
C*+,* T-T*.=15,130.756
)cal h
SELECCIN DEL EUIPO "E@"I!E"ANTE El re#ri$eran(e a u(ilizar ser! el R<2a) el R<2a es un re#ri$eran(e FC de ero +o(enial de des(rui*n del ozono B on +ro+iedades "uB si"ilares al R <1: Es u(ilizado o"o un re#ri$eran(e +uro en las a+liaiones ue (radiional"en(e usa'an R<1 B o"o o"+onen(e en "ezlas de re#ri$eran(es diseñadas +ara sus(i(uir R451 B R11: Los #a'rian(es de o"+resores B sis(e"as Ba (ienen dis+oni'les eui+os ue ;an sido diseñados es+e%&a"en(e +ara el R<2a: Prue'as de la'ora(orio B en el a"+o (a"'i.n ;an on&r"ado ue el R<2a #uniona 'ien o"o un sus(i(u(o +ara reon?ersiones en sis(e"as ue usan R<1 B R455: Las es+ei&aiones del R<2a se "ues(ran en la si$uien(e (a'la0 Ta#la F% Especi6caciones del refrigerante "G$9:a
F*r"ula
C11F
Peso Moleular
<51 $"ol
,e"+era(ura E'ullii*n a < '
1=:48C
Presi*n E'ullii*n a 148C
=:7 'ar
Densidad L%uido
<15= @$"2
,e"+era(ura Cr%(ia
<5<:18C
Presi*n Cr%(ia
5:= '
Calor La(en(e de a+orizai*n a '+
154:4 T$
ODP
5
GP @CO1
<255
Pun(o de InKa"a'ilidad
no
Las a+liaiones del R<2a a'aran una $a"a a"+lia0 aire aondiionado +ara au(o"*?iles) sis(e"as es+eializados de aire aondiionado o li"a(izai*n)
en#riadores @;illers en(r%#u$os de +resi*n +osi(i?a) re#ri$erai*n o"erial de (e"+era(ura "edia) $a'ine(es de re#ri$erai*n) +lan(as de re#ri$erai*n B (rans+or(es re#ri$eradosH +or lo ue es adeuado +ara la !"ara #ri$or%&a ue se es(! (ra'aando:
SISTEMA DE "E@"I!E"ACIN El eui+o ele$ido es de la "ara GELPA Co"+ressors Modelo R17LR22:V di;o "odelo se adea a nues(ras neesidades B a ue u(iliza el re#ri$eran(e seleionado @R<2a) lo ue lo ;ae la "eor o+i*n) el rendi"ien(o de di;o eui+o es de0 $;+?F Hcal0 lo ual lo ;ae +er#e(o +ara la !"ara
(ra'aada ue de'e disi+ar un alor de $;+$9%?;< Hcal0% El eui+o seleionado inluBe (odos los ele"en(os de la re#ri$erai*n) es(e eui+o ir! den(ro de la !"ara on su res+e(i?a arasa: Sus di"ensiones son0 <:<9 " / 5:32 " / 5:=7 ") lo ue la ;ae an "eor Ba ue se ada+(a a las "edidas es(a'leidas +ara la !"ara:
Il(straci'n 9% E8(ipo de refrigeraci'n !ELP.A Co&pressors Modelo "5G?L4"99%:J
BIBLIO!"A@KA •
Dossa() RH WPrini+ios de Re#ri$erai*nXH CECSAH M./ioH <935H PP <37 11
•
;((+0YYY:$el#redo"+ressors:o" WSelei*n de eui+oX
•
;((+0YYY:+oli$az:o" WFi;a (.nia R<2aX
