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“PROYECTO “PROYECTO DE UN UN SISTEMA DE REFRIGERA REFRIGERACIÓN CIÓN PARA PARA CONGELAR CONGELAR CAMARÓN CAMA RÓN EN LA CIUDAD CIUDAD DE CAMPECHE” CAMPECHE”
TESIS CURRICULAR QUE PARA
OBTENER
EL
TITUTLO
DE
INGENIERO MECÁNICO P R E S E N T A N C. ARELLANO MENDOZA JONATHAN C. ESTRADA ESCOBAR DAVID C. HERNÁNDEZ MENDOZA FERNANDO C. SERRANO PEREZ JAVIER
ASESOR: ING. AGUSTIN AGUSTIN LOPEZ MALDONADO ASESOR: ASESOR: DR. GUILLERMO GUILLERMO URRIOLAGOITIA URRIOLAGOITIA SOSA
Méxic México o D.F. D.F. 2009 2009
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ÍNDICE Pág. Objetivo Objetivo General Objetivos Particulares Justificación
Introducción a la refrigeración Capítulo I Generalidades 1.1 Historia de la refrigeración 1.2 Características del producto 1.2.1 Taxonomía 1.2.2 Relevancia como alimento 1.2.3 Hielo-fluido 1.2.4 Aplicaciones 1.2.5 Granjas de camarón 1.2.6 Zonas de pesca de c amarón en México 1.2.7 Características geográficas de México 1.3 Conceptos fundamentales de termodinámica
2 4 5 6 8 9 9 10 11 16
Capítulo II Marco Teórico 2.1 2 .2 2 .3 2 .4 2.5 2.5
Descripción del proyecto prospectivo Objetivo Viabilidad Metodología Los Los sist sistem emas as de refr refrig iger erac ació ión, n, su integ ntegra raci ción ón,, func funcio iona nami mien entto y apli aplica caci ción ón 2.5.1 Antecedentes 2.6 Refrigeración por absorción 2.7 Tipos de refrigeración 2.7.1 Refrigeración doméstica 2.7.2 Refrigeración comercial 2.7.3 Refrigeración industrial i
37 38 39 40 41 41 42 43 44 44 44
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2.7.4 Aire acondicionado 2.7.5 Refrigeración marina 2.8 Sistemas de refrig eración 2.9 Aplicaciones 2.10 Cl Clasificación de los ciclos de refrigeración 2.11 Refrigerantes 2.12 Ventajas y desventajas operacionales de algunos refrigerantes 2.13 Ciclo mecánico de refrigeración por compresión de vapores 2.14 Ciclo de refrigeración por absorción 2.15 2.15 Prin Princi cipa pale less mezc mezcla lass util utiliz izad adas as en sist sistem emas as de refr refrig iger erac ació ión n por por abso absorc rció ión. n. 2.16 Ciclo de Carnot invertido 2.17 Sistemas de compresión de vapor en cascada y en etapas múltiples 2.17.1 Ciclo en cascada 2.18 Sistemas de refrigeración ambiental 2.19 Refrigeradores E léctricos 2.20 Métodos de enfriamiento 2.21 Sistemas de refrigeració n indirecta 2.22 Sistemas de refrigeración directo
45 45 46 47 48 49 51 52 53 55 57 59 59 61 62 63 64 65
Capítulo Capítulo III Análisis Análisis del Proyecto 3.1 Síntesis del proyecto 3.2 Condiciones de diseño 3.3 Cá lculo de carga térmica 3.3.1 Por transmisión de calor a través de paredes 3.3.2 Conductancia de la capa superficial de aire 3.3. 3.3.3 3 Carg Carga a tér térmica mica que que se tran transm smiite a trav través és de una una pare pared d comp compue uest sta a 3.3.4 Coeficiente de conductividad térmica total 3.3.5 Valores del coeficiente específico de conductividad térmica 3.3.6 Carga térmica generada por producto 3.3.7 Carga generada por alumbrado y equipo 3.3.8 Carga térmica generada por infiltración 3.3.9 Carga térmica generada por ocupantes 3.3.10 Carga térmica generada por efecto solar 3.4 Método de cálculo
68 68 70 70 72 73 74 75 75 79 81 83 83 85
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Capítulo IV Cálculo y Selección de Equipo 4.1 Cálculo de un sistema por compresión de vapores 4.2 Trazo del diagrama Presión – Entalpía (Diagrama de Mollier) 4.3 Propiedades del refrigerante 4.4 Rendimiento volumétrico del compresor utilizando R22 y amoniaco 4.5 Refrigerante 4.6 Temperatura y presión de condensación del amoniaco y el R22 4.7 Relación de compresión 4.8 Selección del R22 para el proyecto 4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el amoniaco y R22 4.10 Selección de equipos
100 103 105 107 114 115 116 116 119 124
Capitulo V Programa de Mantenimiento 5.1 Mantenimiento 5.1.1 Objetivos generales 5.1.2 Objetivos específicos del mantenimiento 5.2 Tipos de mantenimiento 5.2.1 Mantenimiento preventivo 5.2.2 Mantenimiento predictivo 5.2.3 Mantenimiento correctivo 5.3 Clasificación de las fallas 5.4 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema 5.4.1 Evaporadores 5.4.2 Unidades condensadoras/evaporadoras 5.4.3 Posibles fallas del evaporador y su solución 5.4.4 Posibles fallas de la unidad condensadora y su solución
139 139 139 140 140 140 141 141 142 142 143 156 146
CONCLUSIONES ANEXOS REFERENCIAS
152 156 XXX
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Nomenclatura
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Índice de figuras Capítulo I Figura 1.1 Enfriadora centrífuga Figura 1.2 Clasificación del camarón Figura 1.3 Camarón Figura 1.6 Producción pesqueras en México Figura 1.7 Estados pesqueros de camarón en México Figura 1.8 Sistema A,B Y C en equilibrio Figura 1.9 Ley de la conservación de la energía Figura 1.10 El peso como medida de fuerza Figura 1.12 Sistema Figura 1.13 Presión Figura 1.14 Presión Atmosférica Figura 1.15 Estados de la materia Figura 1.16 Conducción Figura 1.17 Convección libre y forzada Figura 1.18 Radiación Figura 1.19 Calor latente de evaporación Figura 1.20 Refrigerantes Figura 1.21 Ciclo Rankine Figura 1.22 Punto de ebullición Figura 1.23 Punto de ebullición
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Figura 1.24 Densidad Figura 1.25 Carta psicrométrica Figura 1.26 Diagrama de Mollier
Capítulo II Figura 2.1 Mapa del Estado de Campeche Figura 2.2 Refrigerador doméstico Figura 2.3 Refrigerador comercial Figura 2.4 Refrigerador industrial Figura 2.5 Sistema mecánico por compresión de vapores Figura 2.6 Diagrama P-h del ciclo ideal de refrigeración por compresión mecánica de vapores Figura 2.7 Ciclo de absorción Figura 2.8 Sistema de refrigeración Amoniaco-agua Figura 2.9 Ciclo de Carnot invertido Figura 2.10 Ciclo en cascada Figura 2.11 Sistema de refrigeración indirecto Figura 2.12 Sistema de refrigeración directo
Capítulo IV Figura 4.1 Sistema de refrigeración por compresión de vapores Figura 4.2 Diagrama del recorrido del refrigerante a través del sistema Figura 4.3 Diagrama de líquidos y vapores Ciclo Rankine Figura 4.4 Diagrama Presión Entalpia Figura 4.5 Diagrama del condensador Figura 4.6 Diagrama del evaporador Figura 4.7 Diagrama de una torre de enfriamiento Figura 4.8 Diagrama presión-temperatura para diferentes refrigerantes Figura 4.9 Sistema de refrigeración enfriado por aire Figura 4.10 Diagrama Presión-Entalpia para el amoniaco Figura 4.11 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22 Figura 4.12 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22
Anexos Figura A.1 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco Figura A.2 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 Figura A.3 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco por computadora Figura A.4 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 por computadora Figura A.5 Catalogo de evaporadores BOHN Figura A.6 Catalogo de unidades condensadoras BOHN
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Figura A.7 Puertas para cámaras de refrigeración marca HERCULES
Índice de tablas Capítulo I Tabla 1.1 Tipos de hielo Tabla 1.2 Área de la plataforma continental de las costas mexicanas (km 2)
Capítulo IV Tabla 4.1 Rendimiento volumétrico del compresor para R-22 y Amoniaco Tabla 4.2 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22 Tabla 4.3 Tabla comparativa de resultados entre Amoniaco y R22
Anexos Tabla A.1 Corrección de temperatura por efecto solar Tabla A.2 Espacio, peso y densidad para productos almacenados Tabla A.3 Características de productos alimenticios Tabla A.4 Calor disipado por las personas dentro del espacio refrigerado Tabla A.5 Coeficientes de transmisión de calor Tabla A.7 Tabla para selección de la caja de almacenamiento del camarón
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Objetivos
Objetivo general: Diseño y desarrollo de un sistema de refrigeración por compresión de vapores para congelar camarón.
Objetivos particulares:
-
Calculo de los equipos de refrigeración que siga el ciclo de compresión de vapor
-
Diseño del espacio para almacenar el camarón
-
El almacén debe tener la capacidad de congelar 30 toneladas de camarón
-
El cálculo de las propiedades termodinámicas y de transporte del refrigerante
-
Selección del refrigerante mas adecuado para el proceso termodinámico
El sistema de refrigeración solo congelara camarón debido a que para efectos de cálculo utilizaremos las propiedades del mismo considerando las temperaturas críticas de la ciudad de Campeche por ser zona de temperatura extremosa.
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Justificación
Debido a que en México se cuentan con bastos litorales de los cuales se pueden obtener productos para el consumo del ser humano nos parece sumamente interesante desarrollar un proyecto en el que nos veamos envueltos en el diseño de un sistema de refrigeración por compresión de vapores para congelar camarón aplicando los conocimientos obtenidos en clase. Todo esto con el fin de reducir el costo de este alimento debido a que existen muy pocos sistemas de refrigeración en los litorales de México para la conservación del mismo, por consiguiente el camarón se encarece al ser poca la cantidad de producto que se puede conservar para posteriormente transportarse y ser distribuido en las diferentes ciudades del país. Por otro lado, con la realización de este proyecto se busca obtener un buen diseño de la cámara de refrigeración, así como el cálculo de los equipos de refrigeración que nos permitan congelar el camarón de una manera eficiente, segura pero sobretodo económica, por consecuencia, la reducción de costos para el abasto de camarón en las principales ciudades de México.
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Introducción a la refrigeración
La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo. La refrigeración implica transferir la energía del cuerpo que pretendemos enfriar a otro, aprovechando sus propiedades termodinámicas. La temperatura es el reflejo de la cantidad o nivel de energía que posee el cuerpo, ya que el frío propiamente no existe, los cuerpos solo tienen más o menos energía térmica. De esta manera enfriar corresponde a retirar Energía (calor) y no debe pensarse en términos de " producir frío o agregar frío".
Entre otras formas:
Aprovechar diferencias de temperaturas entre el medio receptor y emisor. Transfiriendo el calor por convección, conducción o Radiación.
Usar un proceso que requiera una aportación externa de energía en forma de trabajo, como el ciclo de Carnot.
Aprovechar el efecto magneto calórico de los materiales, como en la desimanación adiabática.
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Las aplicaciones de la refrigeración son variadas:
La climatizac climatización, ión, para alcanzar alcanzar un grado de confort confort térmico térmico adecuad adecuado o para para la habitabilid habitabilidad ad de un edificio. La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. calor. Como Como por por ejempl ejemplo o la produ producci cción ón de hielo hielo o nieve nieve,, la mejor mejor conser conserva vació ción n de órgan órganos os en medicina o el transporte de alimentos perecederos.
Los procesos procesos industria industriales les que requiere requieren n reducir reducir la temperat temperatura ura de maquinari maquinarias as o materiale materiales s para su correc correcto to desar desarrol rollo. lo. Algun Algunos os ejemp ejemplo los s son el mecan mecaniza izado, do, la fabric fabricac ación ión de plásti plásticos cos,, la producción de energía nuclear.
La crio génesis o enfriamiento a muy bajas bajas temperaturas, temperaturas, empleada para para la licuar algunos algunos gases o para algunas algunas investigaciones investigaciones científicas.
Motores Motores de combustión combustión interna: interna: en la zona zona de las paredes paredes de los cilindro cilindros s y en las culatas culatas de los motores motores se produce producen n temperat temperaturas uras muy altas altas que es necesari necesario o refrigera refrigerarr mediante mediante un circuito circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata culata y de allí pasa un radiad radiador or de enfria enfriamie miento nto y un depó depósit sito o de compe compens nsaci ación ón.. el líqu líquido ido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.
Máquina Máquinas-herram s-herramient ientas: as: las máquinas máquinas herramienta herramientas s también también llevan llevan incorpora incorporado do un circuito circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladro aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente. rápidamente.
INSTITUTO INSTITUTO POLITECNIC POLITECNICO O NACIONAL NACIONAL ESCUEL ESCUELA A SUPERIOR SUPERIOR DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
CAPITULO I
GENERALIDADES
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GENERALIDADES
1.1 Historia Historia de la refrigeraci refrigeración ón La utilización del frío es un proceso conocido ya desde muy antiguo; en el siglo XII los chinos utilizaban mezclas de salitre con el fin de enfriar agua; los árabes en el siglo XIII utilizaban métodos químicos de producción de frío mediante mezclas; en los siglos XVI y XVII, investigadores y autores como Boyle, Faraday (con sus experimentos sobre la vaporización del amoníaco) etc., hacen los primeros intentos prácticos de producción de frío. En 1834, Perkins desarrolla su patente de máquina frigorífica de compresión de éter y en 1835 Thilorier fabrica nieve carbónica por expansión; Tellier construyó la primera máquina de compresión con fines comerc comercial iales, es, Pictet Pictet desarro desarrolla lla una máquin máquina a de compre compresió sión n de anhídr anhídrido ido sulfuro sulfuroso, so, Linde Linde otra otra de amoníaco, Linde y Windhausen la de anhídrido carbónico, Vincent la de cloruro de metilo, etc. En 1902 Willis Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificación del aire enfriado, las del aire acondicionado y desarrolló el concepto de climatización de verano. Por esa época un impresor neoyorquino tenía serias dificultades durante el proceso de impresión, que impe impedí dían an el comp comport ortam amie iento nto norm normal al del del pape papel,l, obte obteni nien endo do una una cali calida dad d muy muy pobr pobre e debi debido do a las las variaciones de temperatura, calor y humedad. Carrier diseñó una máquina específica que controlaba la humedad por medio de tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeración de la historia. Durante aquellos años, el objetivo principal de Carrier era mejorar el desarrollo del proceso industrial con máquinas que permitieran el control de la temperatura y la humedad. En 1915, 915, Carrie Carrierr y seis seis amigos amigos reunie reunieron ron 32.600 32.600 dólare dólaress y fundaro fundaron n “La Compañ Compañía ía de Ingeni Ingenierí ería a Carrier”, cuyo gran objetivo era garantizar al cliente el control de la temperatura y humedad a través de la innovación tecnológica y el servicio al cliente.
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GENERALIDADES
En 1922 Carrier lleva a cabo uno de los logros de mayor impacto en la historia de la industria: “la enfri en friad ador ora a ce cent ntrí rífu fuga” ga”.. Es Este te nu nuev evo o si sist stem ema a de re refri frige gerac ració ión n se es estr tren enó ó en 192 1924 4 en lo loss gra grand ndes es almacenes Hudson de Detroit, en los cuales se instalaron tres enfriadoras centrífugas para enfriar el sótano y posteriormente el resto de la tienda. Tal fue el éxi éxito, to, que inm inmedi ediata atamen mente te se ins instal talaro aron n est este e tip tipo o de máq máquin uinas as en hos hospit pitale ales, s, ofi oficin cinas as,, aeropuertos, fábricas, hoteles y grandes almacenes. La prueba de fuego llegó en 1925, cuando a la compañía Carrier se le encarga la climatización de un cine de Nueva York. Se realiza una gran campaña de publicidad que llega rápidamente a los ciudadanos formándose largas colas en la puerta del cine. La película que se proyectó aquella noche fue rápidamente olvidada, pero no lo fue la aparición del aire acondicionado. En 1930, alrededor de 300 cines tenían instalado ya el sistema de aire acondicionado. A finales de 1920 192 0 propietarios de pequeñas empresas quisieron competir con las grandes distribuidoras, por lo que Carrier empezó a desarrollar maquinas pequeñas. En 1928 se fabricó un equipo de climatización doméstico que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacía circular el aire y cuya principal aplicación era la doméstica, pero la Gran Depresión en los Estados Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares. Hasta después de la Segunda Guerra Mundial las ventas de equipos domésticos no empezaron a tener importancia en empresas y hogares. Hasta la fecha la refrigeración ha sido un campo que aun continúa en desarrollo pues se intenta realizar sistemas de refrigeración cada vez más eficientes y al menor costo.
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GENERALIDADES
Figura 1.1 Enfriadora centrífuga
1.2 Características del producto Los productos marinos son altamente perecederos e inician su proceso de descomposición tan pronto mueren. Sin la adecuada protección, los procesos bacterianos enzimáticos y químicos reducen la vida útil del producto, causando perdidas y en el último de los casos rechazo por su descomposición. El proceso de descomposición se acelera por las altas temperaturas, por daños debidos a los golpes, cortes y por la contaminación. La clave en la preservación de estos productos es el inmediato enfriamiento después de su recolección a temperaturas ligeramente arriba del punto de congelación y mantener esa temperatura hasta que de inicio su procesamiento de esta manera se impide la perdida de sus propiedades. Los camarones, conocido también con los nombres de quisquillas o esquilas, son crustáceo decápodos marinos o de agua dulces, perteneciente al infraorden de los Caridea, de unos 10 a 15 centímetros de longitud, patas pequeñas, bordes de las mandíbulas fibrosos, cuerpo comprimido, cola muy prolongada respecto al cuerpo, coraza poco consistente y color grisáceo. Son relativamente fáciles de encontrar en todo el mundo, tanto en cuerpos de agua dulce como en agua salada. .(I)*.
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GENERALIDADES
Clasificación científica Reino: Animalia Filo: Artrópoda Subfilo: Crustácea Clase: Malacostrácea Orden: Decápoda Suborden: Pleoceyemata Infra orden: Caridea
Figura 1.2 Clasificación del camarón
1.2.1 Taxonomía Pese a que el suborden Caridea de los crustáceos decápodos es el que se asocia habitualmente con los camarones, todos los crustáceos del suborden Caridea son llamados camarones, aunque existan varias especies cuyo nombre vulgar es camarón pero que no pertenecen a dicho suborden. También ocurre que todos los camarones "verdaderos" tiendan a ser clasificados como parte del orden decápodo, junto a los cangrejos, las langostas y el kril. (II)*.
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1.2.2 Relevancia como alimento
Figura 1.3 Camarón
Los camarones en sus diferentes especies son criaturas relativamente abundantes en los cuerpos de agua dulce o salada en todo el mundo, lo cual los convierte en un importante recurso pesquero y alimenticio. Prácticamente cada país posee recetas y formas particulares para preparar y consumir estos crustáceos. Si existe algún punto en común, es que para consumirlos se procede a su cocimiento y que es común que se elimine la cabeza, la coraza corporal, las aletas anteriores y posteriores, todas ellas partes ricas en quitina y por ello indigestas. También es común que se destripe antes de consumirlo, pues en este grupo de especies los intestinos son fácilmente reconocibles, aun antes del cocimiento, como una línea oscura que corre longitudinalmente por la parte alta del cuerpo y cola. Los métodos tradicionales de enfriamiento y almacenamiento de los productos marinos incluyen el uso de agua salada fría, hielo y una mezcla de agua hielo. El agua salada fría proporciona generalmente medios temporales de refrigeración, pero toma demasiado tiempo llevar la temperatura del pescado hasta el nivel deseado y la concentración de sal siempre es
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GENERALIDADES
una preocupación adicional. El hielo ha sido usado para controlar la temperatura de los productos por más de un siglo. El calor latente de fusión del hielo (335 kJ/kg) provee una alta capacidad de enfriamiento. El hielo no sólo mantiene el producto frío, sino también húmedo, brilloso, y además prevé la deshidratación. El hielo en bloque o hielo en bloque triturado, hielo en tubo, hielo en escamas y hielo en placa son los tipos de hielo usados por décadas en la acuacultura. Conforme ha incrementado la demanda por una calidad superior en los productos, son necesarios métodos más avanzados de preservación para satisfacer las necesidades del mercado que en este caso se hace mas amplio.
Una limitante en el empleo del hielo convencional es la baja velocidad de enfriamiento sin importar que el hielo se aplique directamente al producto o se mezcle con agua. El proceso de enfriamiento se ve afectado básicamente por el tamaño de las partículas y la temperatura de distribución de la mezcla agua-hielo. La tabla muestra diferentes tipos de hielo. Las partículas grandes tienen un área de transferencia de calor más pequeña y menos uniforme. En consecuencia proveen menos enfriamiento.
Tipo de Hielo Hielo en bloque tritura Hielo en tubo
Dimensiones 5-10 mm d: 50 mm l: 40-50 mm e: 12 mm e: 3-20 mm e: 8-16 mm e: 1.5-12.5 mm
Hielo en ficha Hielo en placa Hielo en escamas d = diámetro
l = longitud e = espesor Tabla 1.1 Tipos de Hielo
Formas diferentes de hielo presentan algunos otros retos a resolver, por ejemplo en el caso del hielo en bloque triturado, hielo en placas presenta formas irregulares con puntas filosas que pueden dañar la piel
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GENERALIDADES
de ciertas especies. Por otro lado el hielo en escamas puede causar congelamiento parcial si se aplica directamente, esto es debido a su subenfriamiento que sufrió con anterioridad el producto. (III)*
1.2.3 Hielo-fluido La alternativa al hielo convencional es tener hielo en micro partículas con dimensiones de 0.25 a 0.50 mm, las cuales pueden ser utilizadas ya sea en forma de hielo bombeable o como cristales secos. El tamaño pequeño de este tipo de hielo resulta en mejor área de transferencia de calor comparado con otros tipos de hielo para una cantidad determinada. Puede ser empacada dentro de un contenedor hasta con una densidad de 700 kg/m 3, tiene el factor de empacamiento más alto entre todos los tipos de hielo usados en la industria. Además, la temperatura del hielo es menos subenfriado que el hielo fluido. El hielo fluido puede ser bombeado al producto directamente del generador o de un tanque almacén. El hielo fluido cubre el producto sin provocar ningún daño y de manera efectiva previene las bolsas de aire que son muy comunes en los contenedores llenos con hielo en escamas o hielo triturado. Los cristales del hielo fluido proveen un enfriamiento más rápido que otros tipos de hielo o mezclas de hielo-agua. Se ha reportado por la Industria Noruega de la Pesca que el hielo fluido con un contenido de 15 % de hielo puede enfriar 600 kg. de salmón en un tote de 12 a 1ºC en 35 minutos. Pruebas desarrolladas por el. Departamento de Industrias pesqueras y de los océanos de Nueva Escocia indican que el hielo fluido con una concentración de hielo del 30 % podía proporcionar aproximadamente 1.5ºC más abajo en la temperatura que el hielo en escamas aplicado en bacalao fresco-destripado aplicando así nuevas técnicas de enfriamiento para la conservación de los productos que son capturados en el mar. La desventaja del hielo fluido comparado con el resto de los tipos de hielo es el alto costo de la máquina generadora. Sin embargo las máquinas generadoras de hielo son más compactas, sólo 60 % o menos del peso y volumen en comparación con otros tipos de generadores. Las máquinas generadoras de hielo
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GENERALIDADES
fluido consumen de 30 % hasta 40 % menos energía que las máquinas generadoras de hielo en escamas con esto se logra una disminución notable en el consumo de energía que el sistema de refrigeración proporcionara y que en capítulos posteriores procederemos a calcular.(IV)*
1.2.4 Aplicaciones El hielo fluido se ha usado en diferentes operaciones de acuacultura, incluyendo enfriamiento y almacenamiento, distribución y procesamiento (lavado, clasificado, eviscerado y empacado). En la actualidad se usa en el procesamiento de varias especies incluyendo el camarón y el salmón esto debido a
sus
propiedades
de
conservación
para
productos
pesqueros
aplicado
ampliamente.
(V)*.
1.2.5 Granjas de Camarón El control de calidad es especialmente importante cuando el camarón es removido de las aguas de la granja para su proceso. El método tradicional de empacar el camarón – una capa de hielo se coloca en el fondo del tótem, una más en medio y una capa final sobre el camarón- frecuentemente resulta dañino para la carne. Toda la presión es colocada en la capa inferior del camarón, causando que los jugos sean sueltos en el hielo. El uso del hielo fluido da por resultado grades mejorías. Durante la cosecha, el camarón cosechado a una temperatura de 24 a 27 ºC puede ser enfriado a una temperatura de -2ºC en menos de cinco minutos dentro de totes aislados esto debido al equipo que se maneja para este sistema de enfriamiento. Los cristales del hielo en la mezcla actúa para suspender el camarón, así se reducen las contusiones y daños. El almacenamiento y transportación del camarón en estos totes no sólo prevé el daño y mantiene la frescura, sino también mejora la producción en un 2 % a 3 %. El agua salada en el hielo fluido se ha usado con éxito en el proceso de maduración del camarón. (VI)*.
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GENERALIDADES
1.2.6 Zonas de pesca de camarón en México La calidad y vida útil de los productos marinos depende de una adecuada manipulación desde el momento de la cosecha. Los pasos claves para su preservación son el enfriamiento inmediato cerca del punto de congelación y evitar los daños en el producto. Las velocidades de enfriamiento aumentan con la disminución del tamaño de partícula. Los sistemas de hielo fluido utilizan pequeñas partículas de hielo en una suspensión de agua para maximizar las velocidades de enfriamiento y evitar el daño al producto. Desde hace varios años, México realiza esfuerzos para resolver este problema, sin embargo, estudios efectuados para prever los incrementos en la demanda y oferta de los alimentos indican un gran déficit para los próximos años. Uno de los programas que han recibido mayor impulso en el país es el "Programa de Desarrollo Pesquero", por considerarse que los recursos acuáticos pueden ser una fuente importante de alimentos, así como generar empleos que permitan a la población contar con más dinero para adquirir este tipo de comida. La República Mexicana posee 11 592.77 kilómetros de costas, de los cuales 8475.06 corresponden al litoral del Pacífico y 3 117.71 al del golfo de México y mar Caribe, incluyendo islas; su plataforma continental es de aproximadamente 394 603 km², siendo mayor en el golfo de México; además cuenta con 12 500 km² de lagunas costeras y esteros y dispone de 6 500 km² de aguas interiores, como lagos, lagunas, represas y ríos. Al establecerse en 1976 el régimen de 200 millas náuticas de "zona económica exclusiva", quedan bajo jurisdicción nacional 2 946 885 m² de región marina nacional. (VII)*.
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GENERALIDADES
Figura 1.5 Zonas pesqueras de camarón en México
1.2.7 Características geográficas de México. Por la ubicación geográfica del país, sus aguas ofrecen medios muy diversos para las distintas especies de organismos acuáticos debido a la variabilidad de climas y de condiciones ecológicas, la cual es mayor en las aguas marinas; esto permite que en los mares de México se encuentren especies de climas templado, cálido y frío, de fondo y superficie, costeras y de alta mar, regionales y migratorias, y de todas las transiciones entre estos tipos extremos.
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GENERALIDADES
La plataforma continental presenta un declive suave y su profundidad normalmente no excede los 200 metros; es una zona de gran riqueza biótica. En el golfo de México alcanza gran extensión frente a Campeche y Yucatán. (VIII)*.
Tabla 1.2 Área de la plataforma continental de las costas mexicanas (km2)
En general, los ecosistemas de las zonas tropicales se caracterizan porque en ellos vive una gran diversidad de especies y no se encuentra alguna que domine por su abundancia; esto sucede en las aguas que bañan las costas mexicanas, lo que ofrece al país ventajas que han permitido establecer grandes pesquerías comerciales, principalmente en el golfo de California, en la costa occidental de la península de Baja California, en la sonda de Campeche, así como pesquerías tropicales a lo largo de todos sus litorales. En estas aguas se aprovechan 305 especies diferentes, y algunos investigadores han calculado que existen 1 200 especies posibles de ser capturadas. La utilización de estas especies se ha incrementado
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GENERALIDADES
paulatinamente; en los años 60 a 70 tenían importancia económica solamente 20 especies de peces, 2 de crustáceos y 2 de moluscos; en la actualidad ha aumentado el aprovechamiento de especies de peces pelágicos y demersales, que llegan a alcanzar más del 50% de la captura total nacional y diversifican la pesca en cuanto a nuevos recursos. Las principales especies que forman la captura mexicana son para consumo humano directo; esta captura se compone de peces óseos, como el guachinango, el mero y el atún; de elasmobranquios: el tiburón y el cazón; de crustáceos: los camarones y las langostas; y de moluscos: el abulón y el ostión. Para consumo indirecto están las algas, las anchovetas las sardinas y la fauna de acompañamiento, entre otras. Además existen otros recursos potenciales que ofrecen las aguas marinas mexicanas como son peces de fondo, peces picudos, mejillones y almejas, esponjas, corales, etcétera. De los reptiles como la tortuga y de los mamíferos como la ballena, se deberá tener cuidado al programar sus pesquerías para evitar el explotarlos desordenadamente y ponerlos en peligro de extinción. En los ríos, lagos y represas del país, se localizan especies importantes para la pesca. Se hacen pesquerías comerciales en los ríos, principalmente en los estados de Tabasco y Veracruz; y en los lagos en Chapala, Pátzcuaro, Cuitzeo, Zirahuén y Catemaco. Entre las especies de peces utilizadas están los bagres, el bobo, las carpas, los charales, el pescado blanco, las tilapias y las truchas, además de almejas, tortugas, cocodrilos, etcétera. La diversidad de especies no representa un obstáculo como tal, ya que mediante una adecuada flexibilidad en las técnicas de captura, industrialización y comercialización se pueden obtener ventajas, ampliando el número de organismos que se aprovechen. Las especies cuya captura se ha incrementado sensiblemente son la sardina, la anchoveta y los túnidos, y se han desarrollado nuevas pesquerías, como las del calamar, bacalao y merluza, peces picudos, en las cuales se utilizan nuevos barcos pesqueros, arrastreros y palangreros.
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GENERALIDADES
Gracias al impulso que se le ha dado al "Plan Nacional de Desarrollo Pesquero", la captura se incrementó notablemente: en 1970 el total capturado fue de 254 000 toneladas; para 1975, de 525 000 toneladas; en 1980, 1 257 148 toneladas; en 1985, de 1 255 888; en 1987,1 464841 toneladas y en 1992, 1 246 425, habiéndose obtenido una tasa anual de crecimiento importante, lo que confirma el dinamismo de la actividad y ubica al sector pesca como uno de los de más rápido crecimiento en la economía nacional. La población de pescadores de México es más numerosa y productiva en el noroeste, es decir, en las costas de Baja California, Sonora, Sinaloa y Nayarit, y es menor en el resto del litoral del océano Pacífico, en los estados de Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, Oaxaca y Chiapas. En el Atlántico, la población es menos numerosa; el mayor número de pescadores se encuentra en los estados de Tamaulipas, Veracruz y Campeche, y el menor en Tabasco Yucatán y Quintana Roo.
Figura 1.6 Producción pesquera en México
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GENERALIDADES
El sector pesquero en México está integrado por el sector social, el sector privado y el sector público, que en total forman una población ocupada por 217 212 personas. Las sociedades cooperativas de producción pesquera que integran el primero de estos sectores tenían reservadas las ocho especies de mayor valor en la pesca comercial: camarón, langosta, abulón, almeja pismo, ostión, totoaba, cabrilla y tortuga; y su producción en 1987 fue de 433 353 toneladas. A partir de 1977 el sector social enfocó sus actividades hacia las especies de consumo popular. En la actualidad, estas especies ya son manejadas por el sector privado. (XIX)*.
Figura 1.7 Estados pesqueros de camarón en
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México
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GENERALIDADES
1.3 Conceptos fundamentales de termodinámica Termodinámica: Es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados leyes de la termodinámica, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración.(X)*.
Ley cero de la termodinámica: Cuando los sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio térmico de la termodinámica, que afirma que si son sistemas distintos están en equilibrio termodinámico son un tercero tienen que estar en equilibrio entre sí. Esta propiedad compartida en equilibrio es la temperatura.(XI)*.
Figura 1.8 Sistema A, B y C en equilibrio térmico
Primer principio de la termodinámica: El primer principio es una ley de conservación de la energía. Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse –dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía- la cantidad e energía trasferida a un sistema en forma de calor mas la cantidad de energía igual al aumento de la energía interna del sistema. El calor y el trabajo, son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí.(XII)*.
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GENERALIDADES
Figura 1.9 Ley de la Conservación de la energía
Segundo principio de la termodinámica: La segunda ley de la termodinámica da una definición precisa de una propiedad llamada entropía. La entropía se puede considerar como una medida de lo próximo o que no se halla un sistema en equilibrio; también se puede considerar como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema. La segunda Ley afirma que la entropía, o sea, el desorden de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el caos. (XIII)*.
Entalpia.(Del prefijo en y del griego thalpein calentar), es una magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno. (XIV)*.
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GENERALIDADES
Entropía: Es una medida de lo próximo o cuando no se halla un sistema de equilibrio. Se utiliza para algunas tecnologías de cifrado para introducir un grado de aleatoriedad en el proceso de cifrado. Un valor de entropía que se utiliza con una clave para cifrar datos debe utilizarse también para descifrar datos. (XV)*.
Fuerza: Es todo aquello que tenga tendencia a iniciar un movimiento de un cuerpo, hacer que cese dicho movimiento o cambien de dirección. También puede cambiar el tamaño o forma de un cuerpo. La fuerza más conocida es el peso. El peso es una medida de la fuerza que ejerce la atracción de la gravedad sobre el mismo. (XVI)*.
Figura 1.10 El peso como medida de fuerza
Temperatura: Es una magnitud escalar que es una propiedad de todos los sistemas termodinámicos en equilibrio térmico (o sea que no presentan intercambio de calor entre sus partes). En la escala microscópica, la temperatura se define como el promedio de la energía de los movimientos de una
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GENERALIDADES
partícula individual por grado de libertad. Se refiere a las nociones comunes de calor o frío, por lo general un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor.(XVII)*.
Figura 1.11 Escalas de temperatura
Materia: Es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos.(XVIII)*.
Energía: El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.
En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.
En tecnología y economía, energía se refiere a un recurso natural y la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.
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GENERALIDADES
Tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo. (XIX)*.
“Un rayo es una forma de transmisión de energía.” Sustancia pura: Se denomina sustancia pura (llamada así para distinguirla de una mezcla) aquel sistema homogéneo que posea un solo componente. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos. También se refiere a la unión de uno o más átomos iguales con interacción química, es decir, que se encuentran enlazados con fuertes lazos químicos, que no es posible separar de manera física. (XX)*.
Sistema: Un sistema es un conjunto ordenado de elementos interrelacionados e interactuantes entre sí. Estos conjuntos se denominan módulos. El concepto de sistema tiene dos usos muy diferenciados, que se refieren respectivamente a los sistemas de conceptos y a los objetos reales más o menos complejos y dotados de organización. Es el concepto central de la Teoría de sistemas.(XXI)*.
Figura 1.12 Sistema
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GENERALIDADES
Volumen: El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el litro y el mililitro, en el sistema ingles se emplea ft³ (XXII)*.
Figura 1.12 Volumen del cubo unidad = 1 m3
Volumen especifico: El volumen específico (v ) es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad. Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa. En el sistema internacional de unidades se expresa como m 3 / kg . Ej. (XXIII)*.
Volumen especifico para un gas ideal: Todos los gases a presiones relativamente bajas obedecen a una ecuación de estado muy simple que da lugar a consecuencias sumamente importantes e igualmente sencillas. Todo gas que satisfaga la ecuación de estado presión-volumen específico-temperatura de un gas o mezcla de gases, algunas de las cuales son extremadamente complejas. Sin embargo, solamente se explicarán algunas de las más importantes. pv
RT
Se denomina gas ideal. En esta expresión p es la presión absoluta en N/m²(Pa), v es el volumen especifico en m³/Kg, T es la temperatura absoluta en K, y R es la constante de gas en j/kg k.(XXIV)* 21
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GENERALIDADES
Masa: La masa puede definirse como la cantidad de materia contenida en un cuerpo. No hay que confundir ésta con el peso del propio cuerpo, ya que este último varía de un lugar a otro del espacio según el campo de gravedad en el que se encuentra inmerso. La unidad de medida es kg en el sistema internacional lb (libras masa) en sistema inglés.(XXV)*.
Presión: Es la fuerza, ejercida por unidad de área. Se puede describir como la medida de la intensidad de la fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. Siempre que la fuerza se encuentre distribuida uniformemente sobre un área dada la presión en cualquier punto de la superficie, de contacto es la misma, y puede calcularse dividendo la fuerza total aplicada entre el área total obre la cual se aplica la fuerza. Esta relación se aplica con la siguiente ecuación: P= F/A P= Presión expresada en unidades de fuerza por unidad de área. F= Fuerza total expresada en unidades fuerza cualesquiera. A= Área total expresada en unidades de área cualesquiera. (XXVI)*.
Figura 1.13 Presión
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GENERALIDADES
Presión atmosférica: El aire tiene peso y por consecuencia ejerce una presión sobre la superficie de la tierra, a esta presión se le conoce como presión atmosférica. El peso de una columna de aire con una sección trasversal de 1cm 2 de la superficie de la tierra a nivel del mar es de 1.033kg. Por lo tanto a presión de la atmósfera (aire) sobre la superficie a nivel del mar da como resultado 1.033kg/cm2 o 14.6961b/pul2 entendiendo este valor como la presión atmosféricas normal a nivel del mar. En realidad esta presión varía dependiendo entonces de la temperatura, humedad y algunos otros factores. Un factor trascendente es la altura sobre el nivel del mar, teniendo asó un a relación de que a mayor altura menor presión atmosférica.(XXVII)*.
Figura 1.14 Presión Atmosférica
Presión manométrica: Es la presión a la que se encuentra un fluido dentro de un recipiente. Esta presión se lee en el manómetro (XXVIII)*
Presión absoluta: Se entiende como presión total o real de un fluido y esta se da por la suma de la presión atmosférica más la presión manométrica.(XXIX)*.
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GENERALIDADES
Estado de la materia: La materia puede existir en tres fases o estados de agregación; sólido, líquido y gaseoso. Muchos materiales, bajo las condiciones de presión y temperatura apropiadas pueden existir en cualquiera de las formas físicas de la materia. La cantidad de energía que poseen las moléculas de la materia determina no solo la temperatura sino también el estado físico así como su temperatura. (XXX)*.
Figura 1.15 Estados de la materia
Calor: Es una forma de energía, por lo tanto se puede convertir en otra forma de energía y recíprocamente otras formas de energía se pueden convertir en calor. El concepto popular de calor es que este es la energía interna de un cuerpo pero desde el punto de vista termodinámico, se define como energía de transición de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperaturas entre ambos.(XXXI)*.
Conducción: Es el flujo de calor a través de una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La conducción es una forma de transmisión de calor eficiente. En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en
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GENERALIDADES
parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando exista una diferencia de temperatura. Esta teoría explica porque los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor.(XXXII)*.
Figura 1.16 Conducción
Convección: Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientas que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo al fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.(XXXIII)*.
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GENERALIDADES
Figura 1.17 Convección libre y forzada
Radiación: Es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de radio, un ejemplo de radiación es la transmisión de energía solar a la Tierra. Existe poca radiación a bajas temperatura, también cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración. Sin embargo, la radiación al espacio o al producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración. La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura. (XXXIV)*.
Figura 1.18 Radiación
CALOR ESPECIFICO: Es la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura de la unidad de masa de un material cualesquiera en un grado.(XXXV)*.
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GENERALIDADES
CALOR SENSIBLE: Cuando el calor absorbido o entregado por un material causa o acompaña un cambio en la temperatura del material sin un cambio físico. (XXXVI)*.
CALOR LATENTE: Cuando el calor absorbido o entregado por un material produce un cambio físico del material y no tiene efecto alguno sobre la temperatura del mismo. (XXXVII)*
CALOR TOTAL: Es una condición particular, es la suma de todo el calor sensible y el calor latente requeridos para llevar un material a esa condición. Comúnmente es conocido como entalpía.(XXXVIII)*.
CALOR LATENTE DE FUSION: Bajo un cambio de estado, la mayoría de las sustancias tendrán un punto de fusión, en el cual, ellas cambiaran de un sólido a un líquido sin algún incremento de temperatura. En este punto, si la sustancia esta en estado líquido y el calor se retira de ella, la sustancia se solidificara sin un cambio en su temperatura. El calor envuelto en uno u otro de esos (cambio de un sólido a un líquido, o de un líquido a un sólido), sin un cambio de temperatura se conoce como calor latente de fusión.(XXXIX)*.
CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN: Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a líquido se requiere calor latente de vaporación. Puesto que la ebullición es solo un proceso de acelerado de vaporación, este calor también puede llamarse calor latente o de ebullición, calor latente de evaporación, o, para el proceso contrario, calor latente condensación. Cuando 1 kilo (1 libra) de agua hierve o se evapora, absorbe 539 kcal. (970 BTU) a una temperatura constante de 100 ºC (212 ºF) al nivel del mar, igualmente, para condensar 1 kilo (1 libra) de vapor deben sustraerse 539 kcal. (970BTU). Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la condensación, la transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican también a cualquier líquido aunque a diferentes presiones y temperaturas.
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GENERALIDADES
La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica y la transmisión del calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración.(XL)*.
Figura 1.19 Calor latente de evaporación
CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN: El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más común es el uso del “hielo seco” o sea bióxido de carbono para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con hielo debajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos. El calor latente de sublimación es igual, a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de evaporación. (XLI)*.
TONELADA DE REFRIGERACIÓN: La tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor latente absorbida por la fusión de una tonelada corta de hielo (sólido puro) en 24 hrs; puesto que el
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GENERALIDADES
calor latente de fusión de 1lb de hielo es de 144BTU, el calor latente de una tonelada (1000 lb) SERÍA 144 x 2000, O SEA, 288000 BTU/DÍA. Por lo tanto el calor equivalente de derretir 2000 lb de hielo a 32 ºF en 24 hrs. Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre 24 horas, lo cual da una cantidad de 12000 BTU/hora, que a su vez recibe el nombre de tonelada de refrigeración. Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es de 80 kcal y que una tonelada americana es igual a 907.185 kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 3.024 Kcal/hora. (XLII)*.
REFRIGERANTE: Son compuestos químicos que son alternativamente comprimidos y condensados a la fase liquida y luego se les permite expandir vapor o gas cuando son bombeados a través del sistema de un ciclo de refrigeración mecánica. Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica ó condición muy crítica.(XLIII)*
Figura 1.20 Refrigerantes
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GENERALIDADES
TEMPERATURA DE SATURACIÓN: Saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el líquido y el vapor pueden existir simultáneamente. Un líquido o vapor esta saturado cuando está en su punto de ebullición (para el nivel del mar, la temperatura de saturación del agua es de 100 ºC o 212 ºF). A presiones más altas la temperatura de saturación aumenta, y disminuye a temperaturas más bajas.(XLIV)*.
VAPOR SOBRECALENTADO: Cuando un líquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor aumentará su temperatura (calor sensible), siempre y cuando la presión a la que se encuentre expuesto se mantenga constante. El termino vapor sobrecalentado se emplea para denominar un gas cuya temperatura se encuentra arriba de su punto de ebullición o saturación. (XLV)*.
Figura 1.21 Ciclo Rankine
LIQUIDOS SUBENFRIADO: Cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de saturación correspondiente a la presión existente, se dice que se encuentra subenfriado. El agua a cualquier temperatura por debajo de su temperatura de ebullición (a 100 ºC al nivel del mar) está subenfriada. (XLVI)*
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GENERALIDADES
PUNTO DE EBULLICIÓN: Es la capacidad de una sustancia para absorber calor latente bajo condiciones estándar de presión y temperatura (a nivel del mar). (XLVII)*. En el caso del agua, su punto de ebullición son los 100°C. en ese estado.
Figura 1.22 Punto de ebullición
PUNTO DE FUSIÓN. El punto de fusión se refiere a la temperatura más alta que puede alcanzar un sólido y una vez que llega a ese nivel su temperatura no puede aumentar más en ese estado, por lo que cambia de solido a liquido.(XLVIII)*.
Figura 1.23 Punto de ebullición
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GENERALIDADES
DENSIDAD: La densidad de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen y se expresa normalmente en gramos/centímetros cúbicos (libras por pie cúbico). La densidad del gas puede variar grandemente con los cambios de presión y temperatura. Por ejemplo el vapor de agua a 3.5 Kg/cm2 (50 PSIA) de presión y 138 ºC (281 ºF) de temperatura es tres veces más pesado que el vapor a 1.03 Kg/cm2 (14.7 PSIA) de presión a 100 ºC (212 ºF).(XLIX)*.
Figura 1.24 Densidad
DENSIDAD RELATIVA: La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional. La densidad del agua tiene un valor de 1 kg/l —a las condiciones de 1 atm y 4 °C— equivalente a 1000 kg/m 3. Aunque la unidad en el SI es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm 3.(L)*.
Carta psicrométrica. La carta psicométrica es la representación grafica de las propiedades de la mezcla de aire con vapor saturado, con ella se pueden analizar gráficamente las propiedades psicrométricas y se facilita la solución de diferentes problemas (Diagrama 24). (LI)*.
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GENERALIDADES
Su utilización es básica en el área de acondicionamiento de aire, aunque también tiene aplicaciones dentro de la refrigeración.
Composición de la carta psicrométrica:
Figura 1.25 Carta psicrométrica
La carta psicométrica muestra la relación entre las propiedades del aire que son:
Temperatura de bulbo seco.
Temperatura de bulbo húmedo.
Temperatura de rocío.
Humedad absoluta ó específica.
% de humedad relativa.
Volumen especifico.
Entalpía ó calor sensible.
Entalpía ó calor latente.
Entalpía ó calor total.
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GENERALIDADES
Flujo másico. En Física, es la di erencial de la masa respecto al tiempo. Est ocurre dentro de un sistema termodinámico, cuando, un fluido atraviesa por un área en un tiempo deter minado (LII)*.
Donde: = Gasto másico ρ
= Densidad del fluido
V =
Velocidad del fluido
A =
Área del tubo corriente
De otra forma, es la rapidez c n que fluye la masa. El Flujo de masa, de gual forma, se establece por: =
Flujo volumétrico : Es la cantidad e fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el l jo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad de tiempo. (LIII)*.
Diagrama de Mollier: Diagrama qu muestra el recorrido que realiza el refrigerant a través del sistema. Estos diagramas son fáciles de
ntender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y
comprender el funcionamiento de u sistema de refrigeración.(LIV)*.
1-2 Evaporador. 2-3 Compresor. 3-4 Condensador. 4-1 Válvula de Expansión
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GENERALIDADES
Figura 1.26 Diagrama de Mollier
Efecto refrigerante. Se le llama efecto refrigerante a la cantidad de calor que cada unidad de masa refrigerante absorbe del espacio refrigerado. Por ejemplo, cuando se derrite una libra de hielo, absorberá del aire de los alrededores y de los objetos adyacentes una cantidad de calor igual a su calor latente de fusión. Si el hielo Se funde a 32°F absorberá 144 Btu/lb, de modo que el efecto refrigerante de 1 lb. de hielo es 144 Btu.(LV)*
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
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MARCO TEORICO
2.1 Descripción del proyecto prospectivo Las necesidades de frío en la mitad sur de México durante todo el año, sobretodo en zonas tropicales, supone un enorme coste energético, para la obtención del confort deseado en nuestros hogares pero principalmente en el campo comercial, se estima una media por cámara frigorífica para la conservación de camarón, del orden de 120 KW/día, que en nuestro país supone una factura eléctrica muy elevada para este tipo de zonas tropicales todo el año.
Figura 2.1 Mapa del Estado de Campeche También merece destacar las posibilidades de mejorar el sistema para este tenga una gran capacidad de congelación de una manera más eficiente, segura pero sobretodo económica. El desarrollo del proyecto está basado en un sistema que mediante proceso termodinámico permite la impulsión de fluidos a través de la energía térmica. Esta impulsión de fluidos (refrigerante) nos permitirá que exista intercambio de calor, y con ello llevar el producto a la temperatura de diseño o requerida. Es así que nuestro proyecto prospectivo consiste en diseñar una cámara frigorífica. Como este es un proyecto técnico de diseño donde se necesita el cálculo de los equipos de refrigeración y/o instalaciones
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MARCO TEORICO
de refrigeración con lo cual pretendemos conservar en buen estado un producto perecedero (camarón), llevándolo a un punto de congelación, de acuerdo a la metodología de diseño, incidiendo principalmente en los criterios de un sistema de refrigeración por compresión de vapores basándonos principalmente en los conocimientos adquiridos en clase.
2.2 Objetivo general El estudio detallado de las características y particularidades que se dan en los barcos de pesca revela que en ellos se requiere la producción de frío para la conservación y/o congelación del camarón. Al ser muy costoso esto, al llegar a la costa se requieren sistemas de refrigeración y cámaras frigoríficas para la conservación del mismo. Conforme a la realización de este proyecto, el objetivo general, es congelar un alimento perecedero para mantenerlo en buen estado, el cual pueda ser comestible para la comunidad antes mencionada. Además de que este producto es un alimento muy demandado en el estado de Campeche, en general, en todo el país. Para ello, analizaremos y llevaremos a cabo los siguientes puntos: - Cálculo y selección de un sistema de refrigeración por compresión de vapor. - Selección de los equipos de refrigeración. Como hemos visto, los objetivos, no solo incluyen el aspecto de la cámara y el sistema de refrigeración, también debemos hacer un análisis de sobre la conservación del camarón, para ello tomamos en cuenta los siguientes puntos: - Almacenaje de Alimentos en refrigeración. - Condiciones de almacenamiento. - Cálculo del tiempo de congelación de alimentos.
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MARCO TEORICO
Otro aspecto muy importante a considerar es el diseño de las cámaras frigoríficas, para lo cual haremos el cálculo y diseño de las mismas considerando los siguientes factores: - Aislantes. Características y tipos. - Carga de pre-enfriamiento y enfriamiento.
2.3 Viabilidad La forma de llevar a cabo este proyecto, es real. Teniendo en cuenta todos los factores que involucran ha este, de tal manera que el proyecto aquí presentado se puede realizar, construir y calcular, ya sea para una empresa interesada ó por individuo que lo necesite. Nuestro proyecto será calculado y diseñado, para armar una cámara, un frigorífico u espacio donde podamos mantener congelado un producto perecedero, que en este caso es camarón. Para llevarlo a la realidad no se debe dejar pasar un concepto muy importante el cual es el costobeneficio, gastos y otros. Lo que necesitamos es un capital o inversión, la cual nos permita desarrollarlo de la mejor manera para proporcionar un beneficio a esta comunidad. El análisis del sistema pone de manifiesto que las posibilidades reales de utilización de estos sistemas es viable. Sin embargo, también han permitido detectar ciertas deficiencias que requieren ser mejoradas para alcanzar el rendimiento y el comportamiento óptimo del sistema. En comparación con otros proyectos que hemos visto en la zona de Campeche, vemos que los sistemas son pocos, debido a que son muy costosos, entonces con este proyecto realizaremos un sistema de refrigeración y diseño de cámara que nos permita congelar al menor costo para la distribución en todo el país y es por eso que el proyecto es viable, solo se necesita cierto capital de inversión que a corto plazo se amortizará.
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2.4Metodología Para el proyecto de un sistema de refrigeración para congelar camarón primero tendremos que conocer factores como la temperatura de congelación del camarón. En base a este dato podremos proponer la temperatura requerida o de diseño del espacio que en donde estará contenido el camarón. Otro aspecto muy importante que no debemos olvidar es que diseñaremos el espacio en base a la temperatura crítica de verano de la ciudad de Campeche. Una vez bien determinados estos datos procedemos a hacer el cálculo de la carga térmica por los diferentes conceptos: I. Carga térmica generada por la transmisión a través de paredes. II. Carga térmica generada por el producto. III. Carga térmica generada por alumbrado y equipo. IV. Carga térmica generada por infiltraciones. V. Carga térmica generada por ocupantes. VI. Carga térmica generada por efecto solar. Para el cálculo de la carga térmica generada por la transmisión a través de paredes debemos conocer el coeficiente específico de conductividad térmica del material que constituye la pared, así como el tipo de material que se utilizara y la conductancia de la capa superficial del aire. Para el cálculo de la carga térmica generada por el producto sabemos que haremos un proceso de congelación. En el caso de la carga térmica generada por alumbrado, equipo y ocupantes haremos uso de modelos matemáticos muy sencillos que nos permitirán conocer el valor de esta carga térmica, Posteriormente, en base al diseño de la cámara o espacio de refrigeración, calcularemos todos los parámetros por infiltración. Para este caso necesitaremos conocer algunos parámetros que obtendremos de la carta psicrométrica y que son:
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1. Temperatura de bulbo seco (Tbs) 2. Temperatura de bulbo húmedo (Tbh) 3. Temperatura de rocío (Tr) 4. Humedad absoluta o especifica (ha) 5. Por ciento de humedad relativa (% HR) 6. Volumen especifico (v/m) 7. Entalpía total o calor especifico (BTu /lbm) 8. Contenido especifico de calor sensible 9. Contenido especifico de calor latente.
No se realizara el cálculo de la carga térmica generada por efecto solar debido a que la cámara frigorífica se encontrara dentro de una bodega. Así pues, sabiendo la carga térmica que debe generar el sistema de refrigeración por compresión de vapores, haremos el análisis del sistema porque es necesario conocer los niveles, de presión, la relación de compresión, el efecto refrigerante, la velocidad de flujo másico, la potencia del compresor, el coeficiente de rendimiento, la temperatura de descarga del compresor y el volumen desplazado por el compresor y el desprendimiento de calor en el condensador para hacer una muy buena selección del equipo. Estos datos nos servirán para poder seleccionar el refrigerante mas apropiado para utilizar en el sistema, además para saber si utilizaremos un sistema con subenfriamiento, con sobrecalentamiento o subenfriamiento con sobrecalentamiento, haciendo los cálculos lo haremos una comparación para saber qué es lo más adecuado.
2.5 Los sistemas de refrigeración, su integración, funcionamiento y aplicación 2.5.1 Antecedentes El avance en las técnicas de cultivo llevó a la humanidad a la necesidad de conservar sus alimentos y a
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idear métodos para producir frío, uno de los primeros métodos que utilizó fue almacenar trozos de hielo que traían de montañas y que guardaban en pozos tapados con madera donde ponían sus alimentos. La primera máquina de refrigeración se patentó en 1834 por Jacob Perkins. Se trataba de una máquina de absorción que utilizaba éter. Así pues, esta sustancia tendría el privilegio de ser el primer refrigerante industrial. En 1867 se utilizó el dióxido de carbono (CO2) como refrigerante en la compresión de vapor y en 1873 se hizo lo mismo con el amoniaco (NH3). En 1928 Thomas Midgley junto a Henne y McNary identificaron y sintetizaron el diclorodifluorometano, Cl2F2C (R-12), el cual para el uso de la época no dañaba el ambiente, y no era inflamable. Con esto la refrigeración alcanzó infinidad de aplicaciones. Hoy en día se busca utilizar refrigerantes que no sean clorofluorocarbonados para evitar el deterioro en la capa de ozono. (LVI) *
2.6 Refrigeración por absorción Faraday conocía que el cloruro de plata tiene la capacidad de absorber el amoniaco gaseoso. Expuso cierta cantidad de cloruro de plata pulverizado al amoniaco gaseoso hasta que absorbió todo el que podía retener. El polvo cargado de amoniaco se colocó posteriormente en un tubo de ensaye sellado con forma de V invertida. Cuando se aplicó calor se produjo el desprendimiento de vapores de amoniaco. Los vapores se enfriaron posteriormente sumergiendo el otro extremo del tubo en un recipiente con agua fría. El agua sirvió como agente de remoción de calor del amoniaco gaseoso. Conforme los vapores de amoniaco entraron al extremo enfriado del tubo de ensaye, se formaron gotas de amoniaco líquido. Una vez eliminada la aplicación de calor y del agua de enfriamiento el amoniaco líquido comenzó a burbujear y a hervir, regresando de nuevo al estado de vapor, el cual fue absorbido nuevamente por el cloruro de plata. Cuando Faraday tocó el extremo del tubo de ensaye que contenía amoniaco líquido encontró que estaba bastante frío. Se había producido la ebullición del líquido sin la aplicación notable de una fuente de calor. A pesar de lo tosco que pudiera parecer este experimento, en la actualidad se utilizan los mismos principios en los sistemas de refrigeración por absorción. El francés
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Ferdinand Carré inventó y patentó el sistema de refrigeración por absorción de operación continua, que patentó en los Estados Unidos de Norteamérica en 1860.
2.7 Tipos de refrigeración En la actualidad existen 5 tipos de aplicaciones de la refrigeración, los cuales son:
Domestica
Comercial
Industrial
Aire acondicionado
Marina (LVII)*
2.7.1 Refrigeración doméstica. El campo de la refrigeración doméstica esta limitada principalmente a refrigeradores y congeladores caseros. Las unidades domésticas generalmente son de tamaños pequeños teniendo capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y ½ HP. (LVIII) *
Figura 2.2 Refrigerador doméstico
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2.7.2 Refrigeración comercial La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de refrigeración del tipo que se tienen en establecimientos comerciales para su venta al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición, procesamientos y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todos tipos. (LIX) *.
Figura 2.3 Refrigerador comercial
2.7.3 Refrigeración industrial La refrigeración industrial a menudo es confundida con la refrigeración comercial porque la división entre estas dos áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales, y la característica que las distingue es que se requiere un empleado para su servicio, que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas empacado ras de alimentos, cervecerías, lechería, y plantas industriales, tales como refinerías de petróleo, plantas químicas, etc. (LX)
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Figura 2.4 Refrigerador industrial
2.7.4 Aire acondicionado El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan l as condiciones físicas y químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas pasa su comodidad o bien para realizar procesos industriales. (LXI) *
2.7.5 Refrigeración marina La refrigeración marina se refiere a la realizada a bordo de embarcaciones de trasporte y cargamento sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco. La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un producto, hasta llevarlo a realizar un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son:
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Enfriamiento
Refrigeración
Congelación
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Proceso Criogénico (LXII)*
2.8 Sistemas de refrigeración Enfriamiento: Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde +15°C a +2°C (59°F a 35. 6°F). Aun cuando en algunos casos existe una disminución de temperaturas hasta los 0 °C (32°F), en este proceso nunca se presenta cambio de estado en la sustancia que se maneja y solamente se elimina calor sensible. Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que no requieren conservación y la temperatura en que se encuentran son solo para efectos de gusto. Como ejemplos tenemos:
Enfriadores de bebidas carbonatadas y agua.
Enfriadores de productos lácteos.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire.(LXIII)*.
Refrigeración: Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente superiores de los 0°C a -18°C (32°F a -O .4°F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y lógicamente eliminación de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de productos llevando a cabo los procedimientos adecuados, se pueden mantener estos productos de 2 semanas
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hasta 1 mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domésticas, comerciales y de investigación. (LXIV) *. Congelamiento: Este proceso opera entre -18°C y -40°c (-0.4°F Y -40°F) Y en este proceso también existe cambio de estado en la sustancia y también se elimina calor latente. No obstante en algunos casos solo se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en la transportación. Su principal utilidad es el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de conservación va desde 1 mes hasta 1 año, dependiendo del producto y que procedimientos se empleen. (LXV)*. Criogénico: Es un proceso que opera desde -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero absoluto. Esto implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta liquido o contiene agua para enfriarlo posteriormente. Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica o condición muy critica. (LXVI) *.
2.9 Aplicaciones Las aplicaciones más comunes de la refrigeración son: La conservación de alimentos a diferentes escalas, que puede ser desde el refrigerador en nuestros hogares hasta grandes cámaras de refrigeración comerciales e industriales donde los productores de verduras, frutas, la industria de la pesca y los productores de carne tienen la posibilidad de almacenar sus productos para poder comercializarlos posteriormente. Así mismo la necesidad de transportar estos productos largas distancias trajo consigo la necesidad de implementar unidades de transporte capaces de refrigerar. No menos importante es la conservación de productos médicos como medicamentos, vacunas, y en algunos casos órganos humanos.
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Los sistemas de clima o aire acondicionado para brindar comodidad en hogares y lugares de trabajo en zonas donde el clima es extremoso. (LXVII) *.
2.10 Clasificación de los ciclos de refrigeración Los diferentes ciclos de refrigeración son capaces de trabajar en un amplio rango de temperaturas que pueden ser desde unos grados por encima de 0º C hasta temperaturas cercanas al cero absoluto y cada uno de estos ciclos implica diferentes tipos de tecnologías. Podemos hacer una clasificación en base a sus principios de operación: a) Ciclos mecánicos.- Compresión mecánica de vapores, compresión mecánica de gases con y sin producción de trabajo exterior. En estos ciclos se utilizan las propiedades termodinámicas de fluidos y principalmente de fluidos gaseosos que constituyen el conjunto de ciclos de compresión expansión. b) Ciclos Termo-mecánicos.- Ciclos Rankine acoplados a ciclos de compresión de vapor, en donde la potencia suministrada proviene de ciclos de generación de vapor y ciclos de eyecto-compresión en donde se comprime térmicamente un gas por medio de altas velocidades producidas por un eyectocompresor. c) Ciclos Térmicos.- En estos ciclos se utilizan las propiedades físico-químicas, ligadas a fenómenos térmicos que se manifiestan mediante la disolución de ciertos sólidos o líquidos en solventes líquidos o durante la absorción de vapores en absorbentes sólidos o líquidos o durante la adsorción de vapores en adsorbentes líquidos o sólidos d) Ciclos termoeléctricos.- En este tipo de ciclos de refrigeración se utilizan las propiedades termoeléctricas de ciertos sólidos, generalmente de aleaciones metálicas, el enfriamiento producido está basado en el efecto Peltier. e) Ciclos electro-magnéticos.- Son ciclos de generación de vapor para la producción de electricidad acoplados a ciclos de compresión mecánica. (LXVIII) *.
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2.11 Refrigerantes En la clasificación de los refrigerantes se utiliza el criterio de ASHRAE (American Society for heating, refrigerating, and Air-Conditioning Engineers) y las indicaciones de la EPA (Environmental Protection Agency). ASHRAE clasifica los refrigerantes de forma muy general en los tipos siguientes Derivados halogenados saturados. Proceden del metano, etano y propano por sustitución parcial o total de los átomos de hidrógeno por átomos de Cl, F. Pueden ser de tipo: a) Clorofluorocarbonados (CFC). Contienen Cl, F y C en su molécula. Estos refrigerantes dejaron de utilizarse a finales de 1994 en la UE y a finales de 1995 en el resto de países occidentales debido a que causan deterioro en la capa de ozono. b) Hidroclorofluorocarbonados (HCFC). Contienen H, Cl, F y C en su molécula. Dejarán de producirse en Europa a finales del 2014 y a finales del 2029 en los otros países firmantes del Protocolo de Montreal, aunque estas fechas pueden verse modificadas por decisión de los organismos competentes. c) Hidrofluorocarbonados (HFC). Contienen H, F y C en su molécula. Son compuestos que no perjudican la capa de ozono; poseen un Potencial de Agotamiento de Ozono nulo (ODP por sus siglas en inglés, pero si contribuyen al calentamiento global. d) Perfluorocarbonados (PFC). Sólo contienen F y C. El prefijo "per" hace referencia a que el compuesto tiene el máximo número posible de átomos de flúor. Son compuestos que no perjudican la capa de ozono, poseen un ODP nulo. Halones. Contienen H, Br, F y C en su molécula. Se denominan hidrobromofluorocarbonados. Les afecta la misma prohibición que a los que contienen cloro en su molécula. Derivados halogenados insaturados. Proceden de hidrocarburos insaturados por sustitución parcial o total de los átomos de hidrógeno por átomos de F, Cl o Br. Un ejemplo de ellos es el R-1140 o 1- cloroeteno.
Mezclas azeotrópicas. Algunas veces se pueden obtener las propiedades deseadas para un tipo determinado de instalación con un solo fluido frigorífico o refrigerante. Sin embargo, en otras ocasiones
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debe recurrirse a mezclas para obtener un compendio ponderado de las propiedades necesarias. De esta forma se puede conseguir la eliminación, o al menos la disminución, de aspectos negativos o perjudiciales. Existen unas mezclas que funcionan como sustancias puras y tienen un punto de ebullición constante; estas son las llamadas mezclas azeotrópicas. Entre este tipo de refrigerante se menciona por ejemplo el R-500, el R-502 y el R-503.
Mezclas zeotrópicas. Las mezclas que no son azeotrópicas se llaman zeotrópicas y se caracterizan por no tener constante la temperatura de ebullición a una presión determinada. Durante el cambio de estado la temperatura no permanece constante, aumentando en la vaporización y disminuyendo en la condensación. La diferencia de temperaturas entre la final y la inicial recibe el nombre de deslizamiento y es un factor fundamental en la evaluación de estas mezclas. Interesa un deslizamiento corto. Si el deslizamiento es menor de 1 °C la mezcla zeotrópica puede considerarse casi azeotrópica. Las mezclas zeotrópicas que se consideran actualmente son el R-407A, el R-407B, el R-407C, el R-404A, el R-410A y el R-410B. A veces a estos frigorígenos se les refiere como la gama de los cuatrocientos.
Hidrocarburos saturados. Algunos hidrocarburos saturados pueden utilizarse directamente como refrigerantes, otros forman parte de mezclas que se han propuesto como sustitutos de los CFC y HCFC. Por ejemplo el R-600, butano, es un componente minoritario del R-416A. Hidrocarburos insaturados. Al igual que en los hidrocarburos saturados, algunos hidrocarburos insaturados pueden también utilizarse como refrigerantes o formar parte de mezclas propuestas como sustitutos de los CFC y HCFC. Se menciona por ejemplo el R-1270, o propileno, que es un componente minoritario del R-411B.
Compuestos orgánicos no alquílicos. Entre ellos están el éter etílico, la metil amina, el éter metílico y algunos más que deben mencionarse debido a su utilización pionera, más que a su utilización actual puesto que son inflamables y tóxicos.
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Compuestos inorgánicos. Incluye gases simples como O2, N2 y otros, al igual que compuestos inorgánicos como H2O, NH3, CO2 y otros. (LXIX)*
2.12 Ventajas y desventajas operacionales de algunos refrigerantes. Refrigerante R-12 (CCl2F2). Es seguro, no tóxico, no inflamable y no explosivo. Es muy estable y no se descompone aún bajo condiciones extremas de operación. Sin embargo si se pone en contacto con una flama abierta se descompone en productos muy tóxicos. (LXX)*. Tiene presiones de condensación moderadas bajo condiciones atmosféricas normales y una temperatura de ebullición de –29.4º C a la presión atmosférica lo cual lo hace útil para todo tipo de aplicaciones. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es permitido.
Refrigerante R-22 (CHClF2). Se desarrollo para aplicaciones de temperatura bajas, ya que tiene una temperatura de ebullición de –40.8º C. Debido a que tiene un desplazamiento menor en el compresor se utiliza muchas veces en lugar de R12.Presiones de operación mayores que para R-12 así como también la temperatura de descarga del compresor. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es permitido.(LXXI)*
Refrigerante R-114 (C2F4Cl2). Tiene un punto de ebullición de 3.56º C a condiciones atmosféricas, bajas presiones de operación. Muy seguro y muy estable. Se usa generalmente con compresores centrífugos en grandes instalaciones. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es permitido. (LXXII)*
Refrigerante R-717 (NH3). Aunque el amoniaco es tóxico, inflamable y explosivo bajo ciertas condiciones, sus propiedades térmicas lo hacen insustituible en plantas de hielo, plantas empacadoras y grandes bodegas frigoríficas en donde se cuente con personal capacitado. El amoniaco tiene un punto de ebullición a presión atmosférica de –33.34º C. Aunque el amoniaco no es corrosivo a todos los metales comunes, en presencia de humedad corroe a los metales no ferrosos tales como el cobre y sus aleaciones.(LXXIII)*
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Refrigerante R-134a (C2H2F4). Este refrigerante es similar termodinámicamente al R-12 pero no contiene cloro y por lo tanto no daña la capa de ozono. Su desventaja más evidente es su alto costo comparado con el amoniaco. Los hidrocarburos propano (R-290) e isobutano (R-600a) han sido usados y fuera del peligro de flamabilidad tienen excelentes propiedades que los hacen candidatos a sustituir a los CFC. (LXXIV) *
2.13 Ciclo mecánico de refrigeración por compresión de vapores La figura ilustra de manera esquemática los principales componentes de un sistema de refrigeración por compresión de vapores. (LXXV) *.
Figura 2.5 Sistema mecánico por compresión de vapores
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El refrigerante líquido a alta presión que proviene del condensador pasa a través de una válvula de expansión donde disminuye su presión hasta el nivel de baja presión para entrar al evaporador donde gana calor QEV a una temperatura TEV hasta evaporarse, el vapor de refrigerante a baja presión entrará a un compresor donde se suministra trabajo mecánico para elevar su presión y su temperatura, la descarga del compresor ingresa al condensador donde el vapor de refrigerante a alta presión y alta temperatura perderá calor QCO a una temperatura TCO hasta condensarse para pasar nuevamente por la válvula de expansión y repetir el ciclo, la figura describe el ciclo en un diagrama P-H. (LXXVI)
*
Figura 2.6 Diagrama P-h del ciclo ideal de refrigeración por compresión mecánica de vapores
2.14 Ciclo de refrigeración por absorción El refrigerante líquido a alta presión que proviene del condensador pasa a través de una válvula de expansión la cual reduce su presión al nivel de baja presión para pasar por el evaporador donde gana calor QEV a una temperatura TEV el vapor de baja presión resultante entra al absorbedor donde es absorbido por una solución débil proveniente del generador a través de una válvula de expansión y formando una solución fuerte, durante este proceso pierde una cantidad de calor QAB a una
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temperatura TAB. La solución fuerte es bombeada al nivel de presión alto para entrar en el generador donde el refrigerante será separado del absorbente al aplicar un calor QGE a una temperatura TGE , la solución débil
será enviada de regreso al absorbedor pasando por la válvula de expansión para
disminuir su presión al nivel bajo; por otro lado el gas refrigerante a presión y temperatura altas es enviado al condensador donde perderá calor QCO a una temperatura TCO, el refrigerante al ser condensado es enviado nuevamente a través de la válvula de expansión para hacer nuevamente el ciclo. Los sistemas de absorción emplean energía calorífica para producir un, efecto de refrigeración.En estos sistemas, el refrigerante, o sea el agua, absorbe el calor a baja temperatura y presión altas durante la condensación. Una solución conocida como absorbente, esto es, el Bromuro de Litio (LiBr) es utilizada para absorber el refrigerante evaporado tras su evaporación a baja presión. Esta solución, que contiene el vapor absorbido, es calentada a una presión más elevada.
El refrigerante se evapora y se restablece la concentración original de la solución para utilizarla de nuevo. En una máquina de doble efecto de absorción, parte del calor latente condensación de la refrigerante se utiliza en un generador de segundo estadio con el fin de incrementar la eficiencia del proceso. Se dice que el refrigerante ha completado el ciclo de refrigeración cuando ha pasado por una secuencia de evaporación, absorción, presurización, vaporización, condensación y procesos de compresión y expansión, absorbiendo calor de una fuente calorífica a baja temperatura y soltándolo en un tanque de alta temperatura, de manera que se restablece su estado original.
Tanto en el sistema de enfriamiento por absorción como de compresión, están basados en cambios de estado del agente frigorífico.
Ambos sistemas tienen condensador, vaporizador y el medio necesario para crear la presión necesaria que motive la condensación tal como un compresor o una fuente que produzca calor.
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Los sistemas de absorción emplean energía calorífica para producir un, efecto de refrigeración. En estos sistemas, el refrigerante, o sea el agua, absorbe el calor a baja temperatura y presión altas durante la condensación. (LXXVII) *
Figura 2.7 Ciclo de absorción
2.15 Principales mezclas utilizadas en sistemas de refrigeración por absorción. Amoniaco-agua . Es el par más conocido, donde el amoniaco es el refrigerante y el agua es el absorbente. Tiene gran variedad de aplicaciones desde refrigeradores comerciales hasta sistemas de acondicionamiento de aire. La gran ventaja del amoniaco es su calor latente de vaporización alto y valores grandes de entalpía por unidad de volumen, lo que permite hacer equipos compactos, aunque como ya se describió anteriormente el amoniaco puede ser peligroso aun en esta mezcla si no se toman las medidas de seguridad necesarias.
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Figura 2.8 Sistema de refrigeración Amoniaco-agua Agua-Bromuro de Litio. Tiene la tecnología más avanzada. El refrigerante es el agua y el absorbente el bromuro de litio, el agua tiene el calor latente de vaporización más alto de todos los líquidos, una temperatura crítica alta pero la desventaja de una presión de vapor relativamente baja por lo que se necesitan equipos voluminosos.
El bromuro de litio solo es soluble en agua sobre un rango grande de concentraciones además de que no es posible operar por debajo de 0º C y el bromuro de litio es muy corrosivo.
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Agua-Sales inorgánicas. Se han propuesto una serie de absorbentes sustitutos del bromuro de litio debido a su alto efecto corrosivo, pero hay poca disponibilidad y tienen un alto costo.
Algunas sales consideradas son el cloruro de calcio, cloruro de litio y el nitrato de litio. Las sales son excelentes debido a que esencialmente no tienen presión de vapor, sin embargo solo son miscibles con agua sobre un rango limitado de concentraciones.
Alcohol-Agua. Las soluciones de sales en metanol y etanol producen desviaciones negativas de la ley de Raoult, se ha utilizado metanol-bromuro de litio.
Tiene la ventaja sobre el agua-bromuro de litio que puede operar por debajo de los 0º C. Sin embargo, el metanol es tóxico, inflamable y presenta problemas de corrosión a altas temperaturas.
Amoniaco y Aminas-con sales. Algunas sales que se utilizan con el amoniaco son el tiocianato de sodio, tiocianato de litio, nitrato de litio y cloruro de calcio.
Las aminas se han investigado como sustitutas del amoniaco, las aminas consideradas son la metilamina, etilamina y dimetilamina.
Fluorocarbonos-líquidos orgánicos. Los fluorocarbonos utilizados en sistemas por compresión mecánica de vapor son obviamente excelentes refrigerantes y se les ha estudiado para utilizarse en sistemas de absorción. (LXXVIII)*
2.16 Ciclo de Carnot invertido En el estudio de dispositivos cíclicos que operan con el propósito de eliminar calor en forma continua de
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una fuente de temperatura baja, es útil recordar el ciclo de CARNOT invertido. Si observamos el diagrama de un motor de CARNOT invertido que opera como bomba de calor o refrigerador; la cantidad de calor QB se transfiere reversiblemente desde una fuente a temperatura baja TB, hacia el motor térmico invertido.
Figura 2.9 Ciclo de Carnot invertido Este último opera a través de un ciclo durante el cual se suministra el trabajo neto W al motor y la cantidad de calor QA se transfiere en forma reversible a un sumidero a temperatura alta TA. Aplicando la primera ley para un proceso cíclico cerrado, se tiene QB+W=QA. Según la segunda ley para un proceso totalmente reversible, TA/TB=QA/QB. El motor térmico de CARNOT invertido es útil como estándar de comparación ya que requiere del mínimo de trabaja para un efecto de refrigeración deseado entre dos cuerpos dados de temperatura fija. En vez de la eficiencia térmica, que se toma como criterio en el análisis de las máquinas térmicas, el estándar para la eficiencia de la energía en los procesos de refrigeración es el coeficiente de operación. Un estándar de operación se define comúnmente como el cociente de lo que se desea entre lo que debemos dar. El objetivo de un refrigerador es el extraer el calor de una región que se halla a baja temperatura a fin de mantener esta en un valor deseado. Por tanto el coeficiente de operación (COP) de un refrigerador se define como:
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COPREFRIGERACION =
QB / W IN
(ec 1.)
Las áreas bajo las líneas de TA y TB en el diagrama TS representan a QA y QB, respectivamente así para un refrigerador de CARNOT: COPREFI CARNOT =
TB /
(TA-TB)
(ec 2.)
Es de notar que el valor del COP puede ser mayor a uno, debe ser así en un aparato bien diseñado. Se observa también que la variable principal que controla el COP de un refrigerador de CARNOT es la diferencia de temperaturas TA-TB. En un motor térmico de CARNOT, el rendimiento se mejora aumentando TA y disminuyendo TB, lo inverso es cierto para el refrigerador de CARNOT, en el sentido que TA debe ser tan baja como sea posible y TB debe ser tan alta como se pueda. Sin embargo, TA no puede ser menor que la temperatura del ambiente a la cual se expulsa el calor, y TB no puede ser mayor que la temperatura de la región fría de la que se extrae calor. (LXXIX)*.
2.17 Sistemas de compresión de vapor en cascada y en etapas múltiples Existen dos variaciones del ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor. La primera es el ciclo en cascada, el cual permite el empleo de un ciclo de compresión d vapor cuando la diferencia de temperaturas entre el evaporador y el condensador es muy grande. La segunda variación incluye el uso de compresión en tapas múltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresión. (LXXX)
*
2.17.1 Ciclo en cascada Existe discusión acerca de los métodos para obtener temperaturas extremadamente bajas (criogénicas) mediante una combinación de compresión de vapor y estrangulamiento. Esos métodos son valiosos e indispensables para la licuefacción y solidificación de los gases. No obstante, existen aplicaciones industriales que exigen temperaturas solo moderadamente bajas, por lo que se necesitan sistemas
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menos complicados. Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de -25 a -75 ºC (-10 a -100 ºF). En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresión de vapor para obtener estas temperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre el condensador y el evaporador es en este caso muy grande. En consecuencia, la variación de la temperatura de saturación con respecto a la presión de vapor de un solo refrigerante no cumpliría con los valores deseados par el evaporador y el condensador. Para superar esta dificultad sin abandonar la compresión de vapor, emplea un sistema en cascada. Un ciclo en cascada es simplemente una disposición en serie de ciclos simples de compresión de vapor, de tal manera que el condensador de un ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a temperatura superior. Normalmente se utiliza un refrigerante distinto en cada uno de los ciclos, con el objeto de satisfacer los requisitos de cada intervalo de temperatura y presión. Al elegir los dos refrigerantes en la figura 5, por ejemplo, es importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea menor que la temperatura crítica del fluido en el ciclo A. A pesar de no ser la práctica común, como se hizo ya la observación, el empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema. En general los gastos másicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales o distintos. El gasto másico esta determinado por las toneladas de refrigeración requeridas en el refrigerador del ciclo A. Además la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A debe ser igual a la rapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el intercambiador de calor de todo el conjunto está bien aislado. Un balance de energía para el intercambiador de calor que liga el condensador con el evaporador revela que por tanto, el cociente de los gastos másicos en cada ciclo está determinado por los cambios de entalpía de cada fluido a su paso por el intercambiador de calor. Si fuese posible emplear un solo ciclo de refrigeración en todo el intervalo de temperaturas. El diagrama Ts hace evidente dos hechos importantes. En primer lugar, para el ciclo único el trabajo del compresor aumenta en una cantidad igual al área, en comparación con el del sistema en cascada. En segundo lugar, hay una disminución en la capacidad de refrigeración, cuando se utiliza una sola unidad para el mismo gasto másico del evaporador de temperatura baja. Esta pérdida se
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representa mediante un área en el diagrama Ts. Estos dos hechos darían por resultado un COP mayor par el sistema en cascada en comparación con el del ciclo individual. (LXXXI)*.
Figura 2.10 Ciclo en cascada
2.18 Sistemas de refrigeración ambiental Se utilizan para bajar la temperatura de los ambientes habitables. Puede hacerse con aparatos unitarios (llamados de ventana) que sirven para un solo local, aparatos partidos (split), en los que hay un aparato que contiene el compresor, el condensador y la válvula, y que se sitúa en un lugar donde el ruido del compresor no moleste y pueda disipar fácilmente el calor, y otro, u otros, aparato/s con un *
evaporador y un ventilador, situado en los locales a enfriar. (LXXXII) .
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2.19 Refrigeradores Eléctricos En 1784 William Cullen construye la primera máquina para enfriar, pero hasta 1927 no se fabrican los primeros refrigeradores domésticos (de General Electric). Cuatro años más tarde, Thomas Midgley descubre el freón, que por sus propiedades ha sido desde entonces muy empleado en máquinas de enfriamiento como equipos de aire acondicionado y refrigeradores, tanto a escala industrial como doméstica. Sin embargo, estos compuestos también conocidos como clorofluorocarburos (CFC), se han demostrado los principales causantes de la destrucción en la capa de ozono, produciendo el agujero detectado en la Antártida, por lo que en 1987 se firma el Protocolo de Montreal para restringir el uso de estos compuestos. Características: Pueden tener un solo compartimento, que puede ser de refrigeración o congelación, o puede tener los dos. Los frigoríficos con dos compartimentos fueron introducidos al público por General Electric en 1939. Algunos refrigeradores están divididos en cuatro zonas para el almacenamiento de diferentes tipos de comida: **** -30°C ó -22°F (congelador, para congelar) *** -20ºC ó -4ºF (congelador, mantener) ** 0°C ó 32°F frigorífico (carnes) * 4°C ó 40°F (frigorífico) 10°C ó 50°F (vegetales y otros productos varios)
La capacidad del refrigerador se acostumbra a medir en litros.
Las posibilidades de los refrigeradores más recientes se han ampliado notablemente; pueden tener:
Una pantalla de cristal líquido que sugiere qué tipos de comida deberían almacenarse a qué temperaturas y la fecha de expiración de los productos almacenados.
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Indicador de las condiciones del filtro que sugiere cuándo es tiempo de cambiarlo.
Una advertencia de apagón, alertando al usuario sobre el apagón, usualmente al parpadear la pantalla que muestra la temperatura. Puede mostrar la temperatura máxima alcanzada durante el apagón, junto con información sobre si la comida congelada se descongeló o si puede traer bacterias dañinas.
El reciclado de los refrigeradores viejos ha sido una preocupación ecológica; originalmente por el congelante de freón que dañaba la atmósfera en caso de fuga, pero más tarde por la destrucción del aislamiento CFC. Los refrigeradores modernos usan un refrigerante llamado HFC-134a 1,2,2,2tetrafluoretano) en lugar del freón, que no daña al ozono.
Un frigorífico o cámara frigorífica es una instalación industrial estatal o privada en la cual se sacrifican animales de granja para su posterior procesamiento (despostado), almacenamiento y comercialización como carne u otra clase de productos de origen animal. La localización, operación y los procesos utilizados varían de acuerdo a una serie de factores tales como la proximidad del productor, la logística, la salud pública y hasta preceptos religiosos. Más recientemente, se llevaron a cabo distintas medidas en pro de los derechos de los animales con el objeto de hacer modificaciones para disminuir la crueldad hacia el animal. Los problemas de contaminación por desechos también deben ser evitados a través de un correcto planeamiento y equipamientos adecuados. (LXXXIII) *.
2.20 Métodos de enfriamiento Los métodos más antiguos para enfriar son la evaporación, como en el caso del botijo (proceso adiabático); o la utilización del hielo o la nieve naturales. Para la preparación de refrescos o agua fría, se bajaba nieve de las montañas cercanas (a menudo por las noches) que se guardaba en pozos y, en las casas, en armarios aislados, que por esa razón se llamaban neveras.
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Más tarde se consiguió el enfriamiento artificial mediante los métodos de compresión y de absorción. El método por compresión es el más utilizado, sin embargo el método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor residual o barato como en la trigeneración. Otros métodos son mediante un par termoeléctrico que genera una diferencia de temperatura; mediante una sustancia fría, como antiguamente el hielo y hoy en día la criogenia, con nitrógeno líquido o mezcla de sustancias, como sal común y hielo. Otra posibilidad, aún en investigación y sin aplicación comercial, es utilizar el efecto magnetocalórico. Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para producir calor, para crear diferencias de calor, se requiere energía. A veces se llama refrigeración simplemente a mejorar la disipación de calor, como en la refrigeración de los motores térmicos, o simplemente la ventilación forzada para sustituir aire caliente por aire más fresco. (LXXXIV) * .
2.21Sistemas de refrigeración indirecta Hay dos motivos para utilizar un sistema de refrigeración indirecto. El primero, la cantidad de refrigerante que se puede mantener a un mínimo. El segundo, el riesgo de fuga del refrigerante de primario se ve reducido. Esto significa que los refrigerantes no deseados en los sistemas de edificios públicos (por ejemplo, el amoníaco) aún se pueden utilizar en el sistema primario, que se puede mantener en una sala sellada segura. Utilizar un CBE como evaporador y condensador en un sistema de refrigeración dará como resultado el sistema de refrigeración más eficaz y compacto disponible. El uso de fluidos secundarios (agua o salmuera) como portadores para el frío y el calor hará que el tamaño del sistema y la carga de refrigerante se reduzcan a un mínimo absoluto. No se necesita un condensador volumétrico de serpentín adyacente al sistema refrigerante, lo que reduce el problema del ruido. En su lugar, el fluido secundario se puede desviar fácilmente del sistema y enfriar a una distancia conveniente en un enfriador en seco. Además, se evita el problema de transportar refrigerante durante una larga distancia. Un buen ejemplo de sistemas de refrigeración indirectos se ve en un supermercado. Todo el efecto refrigerante
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requerido se produce en la sala de máquinas, lejos de las vitrinas, lo que proporciona una alta flexibilidad y un menor riesgo de fugas. Un sistema de recuperación de calor, situado también en la sala de máquinas, proporciona calor para el supermercado cuando lo necesita.
Figura 2.11 Sistema de refrigeración indirecto Como se menciona en la sección sobre sistemas de refrigeración, el uso de intercambiadores de calor de doble circuito, como los modelos SWEP True Dual (Duales verdaderos de SWEP), resulta ventajoso, ya que los circuitos de refrigeración independientes aumentan la seguridad y disponibilidad de la refrigeración. Este aspecto puede ser importante para los supermercados, por ejemplo, donde el valor total de los alimentos refrigerados o congelados podría alcanzar niveles significativos. En el caso de un sistema de refrigeración indirecto. (LXXXV)*.
2.22 Sistemas de refrigeración directo Sistema de refrigeración sin circuitos auxiliares, estando el evaporador del circuito primario directamente en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.
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En un sistema directo hay un solo intercambiador de calor donde el refrigerante enfría el fluido del proceso. Es decir, es el sistema en donde esta colocado el evaporador precisamente en el espacio o cuerpo a enfriar. (LXXXVI)*
Figura 2.12 Sistema de refrigeración directo
Algunas características importantes de este proceso son: •
Mayor eficiencia energética.
•
Menores pérdidas.
•
Instalación más sencilla y económica 66
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CAPITULO III ANÁLISIS DEL PROYECTO
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3.1 Síntesis del proyecto En este proyecto se desarrolla el cálculo de un espacio frio para refrigerar camarón que estará ubicado en la ciudad de Campeche, Campeche. Hasta ahora hemos descrito los conceptos básicos de la termodinámica y los sistemas de refrigeración, así como los refrigerantes que podemos utilizar para llevar a cabo el proyecto. Es así, que, para este tercer capítulo entramos a la realización de la memoria de calculo que nos permitirá hacer una muy buena selección de equipos que nos permitirán operar el producto de una manera eficiente, económica y segura.
3.2 Condiciones de diseño Lugar: Campeche, Campeche Dimensiones de la cámara (espacio frio): Largo: 5.6 m = 18.37 ft
Ancho: 4.5 m = 14.76 ft Alto: 2.4 m = 7.87 ft Temperaturas exteriores: TEXT VER = 29.6 O C = 85.28 OF TROCIO = 21 OC = 69.8 O F Altitud = Nivel del mar Humedad relativa = 78%
Aislamiento térmico: Paneles de poliuretano 68
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ANALISIS DEL PROYECTO
Producto: camarón congelado Cantidad de producto = 500 kg/sem Temperatura de entrada del producto a la cámara = 2 o C =35.6 o F Temperatura de almacenamiento = -23.33 o C = -10 o F Temperatura de congelación del camarón = -2.22 o C = 28 oF Calor especifico arriba del punto de congelación Cp A: 0.83 Btu/lb °F Calor especifico abajo del punto de congelación Cp B: 0.45 Btu/lb °F Calor latente de fusión HL FUSIÓN: 119 Btu/lb Capacidad de almacenaje = 2000 kg = 4409.24 lb Flujo diario de producto = 83.33 kg/hr = 183.7185 lb/hr Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica = 24 hr Numero de personas que trabajan dentro de la cámara = 3 ECPP = 1400 BTU/ hr Motor eléctrico dentro de la cámara = 1 motores de 0.999 hp (746 Watts c/u) Capacidad de la lámpara = 200 Watts Volumen de almacenamiento = 60.48 m3 = 2133.88 ft 3
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ANALISIS DEL PROYECTO
3.3 Calculo de la carga térmica Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance térmico, que consiste en los cálculos que se realizan con el objeto de conocer la cantidad de calor que se debe absorber de la sustancia, cuerpo o espacio en el evaporador para que baje su temperatura en ciertas condiciones especificas. Debido a la constitución y manejo de la sustancia o producto, el calor que hay que eliminarle a este se ve incrementado por otra serie de factores que en algunas ocasiones resultan incluso más altos que el propio calor del producto o sustancia. El objeto del balance térmico es identificar estas cantidades de energía, determinarlas y finalmente analizarlas con el objeto de bajar su valor a una mínima expresión. En general se puede decir que se refiere a las siguientes cargas térmicas: I. Carga térmica generada por la transmisión a través de paredes. II.
Carga térmica generada por el producto.
III.
Carga térmica generada por alumbrado y equipo.
IV.
Carga térmica generada por infiltraciones.
V.
Carga térmica generada por ocupantes.
VI.
Carga térmica generada por efecto solar.
3.3.1 Carga térmica generada por la transmisión de calor a través de paredes Este concepto se calcula con la expresión general:
Q = AU∆T Btu/HR
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En el caso particular de la refrigeración, las paredes deben de llevar una capa de aislante térmico de 2 a 3 plg. De espesor, la cual puede ser de corcho, paja de vidrio, poliuretano aspirado, etc. De muy bajo coeficiente de conductividad térmica. Todo elemento que separa dos masas de fluidos a diferentes temperaturas esta sujeto a un paso de calor que va desde el más caliente hacia él mas frío, y si el medio que los separa es de material homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento, según una recta como la mostrada en el dibujo siguiente.
La cantidad de calor que fluye a través de una pared de espesor “e” se calcula de la siguiente manera:
Q=
A e
(T1 – T 2) K (Btu/HR)
En donde: Q = Cantidad de calor transmitido. (Btu/hr.) A = Área de transmisión. (ft2) e = Espesor de la pared.
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ANALISIS DEL PROYECTO
T1 y T 2 = Temperatura a ambos lados de la pared. (°F) K = Coeficiente específico de conductividad térmica del material que constituye la pared.
Btu plg °F hr Por definición el coeficiente de conductividad térmica específico es numéricamente igual a la cantidad de calor que pasa por una placa del material considerado de l ft 2 de sección por l pulg. De espesor cuando hay 1°F de diferencia entre sus dos caras o superficies en 1 hr. Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que fluye a través de paredes o barreras compuestas de un solo material.
3.3.2 Conductancia de la capa superficial del aire La transferencia de calor a través de cualquier material esta relacionada con la resistencia superficial del aire al flujo de calor y esta se determina según el tipo de superficie (rugosa o lisa), según su posición (horizontal o vertical) y por la intensidad de flujo de aire sobre la superficie. La conductancia de la capa superficial del aire se designa normalmente con la letra minúscula f 2 para superficies interiores y con f 1 para superficies exteriores. Se expresa en el sistema métrico en:
Kcal m 2 °C hr Y en el sistema inglés en:
Btu ft2 °F hr
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ANALISIS DEL PROYECTO
Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de: f a = 1.65, que es para paredes interiores casi sin movimiento de aire, y f 1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos con una velocidad de hasta 24 Km./hr. =15 millas/hr., o en su defecto calcular dicha conductancia con las siguientes expresiones: f = 1.6 + 0.3V (para paredes muy lisas) f = 2.0 + 0.4V (para paredes medianamente rugosas) f = 2.1 + 0.5V (para paredes rugosas)
Donde: V = velocidad del viento. [Millas/hr]
3.3.3 Carga térmica que se transmite a través de una pared compuesta de varios materiales
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ANALISIS DEL PROYECTO
q1
=
A f 1 (T1 – T3)
=
(T 1 – T 3)
=
q2
= A
(T 3 – T 4) K 1
=
(T3 – T4)
=
q3
= A
(T 4 – T 5) K 2
=
(T4 – T5)
=
q4
= A
(T 5 – T 6) K 3
=
(T5 – T6)
=
q5
=
=
(T6 – T 2)
=
e1 e2 e3
A f 2 (T6 – T 2)
(T1 – T2) =
q1
f 1 q2 e A k1 q3 e A k q4 e3 A k q5
f
Q1
e1 e2 e3 1 A f 1 k 1 k 2 k 3 f 2
3.3.4 Coeficiente de conductividad térmica total (equivalente o global) La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta de dos o más materiales y que separan a dos fluidos que se encuentran a diferente temperatura.
Q = A (T 1 –T2) U [Btu/hr] U
1
f 1
e1
k 1
1 e2
k 2
e3 k 3
1
f 2
Donde: Q = Calor transferido
[Btu/hr] o [kCal/hr]
A = Área expuesta al flujo de calor [m2] o [ft2] U = Coeficiente de conductividad térmica total, equivalente o global
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ANALISIS DEL PROYECTO
Btu kCal o Ft2 °F hr m2 °C
∆T = Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el lado interior del espacio refrigerado. [°C] ó
[°F].
3.3.5 Valores del coeficiente especifico de conductividad térmica para diferentes materiales de construcción Se han llevado a cabo extensos ensayos por muchos laboratorios para determinar con exactitud los valores de transferencia de calor a través de todos los materiales de construcción. Ciertos materiales poseen una elevada resistencia al flujo de calor (una baja conductividad térmica) y se emplean, por consiguiente, como aislantes. Existen tipos de aislantes, tales como: fibra de vidrio, corcho y los nuevos materiales de espuma. La mayoría de los buenos materiales aislantes poseen una conductividad térmica de k = 0.25 o menores, y los aislantes rígidos de espuma han llegado a factores de conductividad térmica de k = 0.22 a 0.11
3.3.6 Carga térmica generada por producto Las frutas, los vegetales o cualquier producto desprenden determinadas cantidades de calor durante su vida, las cuales se encuentran en las tablas correspondientes; además al introducirlas a un espacio refrigerado se encuentran a la temperatura ambiente o más elevada, por lo cual hay que abatir su temperatura al valor necesario para su conservación. La extracción del calor de un producto o sustancia depende de la presión y la temperatura. Como ya se mencionó anteriormente, uno de los elementos más importantes del balance térmico es la carga térmica generada por el producto.
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Al producto es a quien se le debe de retirar calor principalmente para que una determinada sustancia o espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad. El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, sino también algunos otros materiales que complementen la función de contener o manejar el producto. Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se quiera mantener el producto o espacio y el proceso o la condición de trabajo que se busca; entonces para determinar la carga del producto se siguen los siguientes pasos: Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación, criogenia) Tipo de calor a eliminar (este puede ser sensible o latente o la combinación de ambos.)
Calor sensible Es la cantidad de calor que hay que eliminar para bajar la temperatura de un producto sin cambiarlo de estado físico. La ecuación para determinar este calor es la siguiente:
qA = (m) (C A) ( ∆T) qB = (m) (C B) ( ∆T)
1 2
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Donde: q A = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de congelación (Btu). qB = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminarle al producto abajo del punto de congelación (Btu). m = Cantidad de masa del producto. (lb) C A = Calor específico arriba del punto de congelación. (Btu / lb °F). C B = Calor especifico abajo del punto de congelación. (Btu / lb °F). ∆T = Diferencia de temperaturas entre la t emperatura inicia l del producto hasta la temperatura final.
(°F).
Calor latente Es la cantidad de calor que se necesita para que el producto pase a su punto de congelación, por ejemplo, en los líquidos este se convierte en un cambio de estado físico (se hace sólido). La ecuación que define al calor latente es:
qL = m H L
T
2
1
Q 77
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ANALISIS DEL PROYECTO
Donde: qL = Calor latente de fusión o cambio de estado (Btu) m = Cantidad de masa del producto para el cambio de estado (Ib) HL = Calor latente de fusión del producto (Btu/Ib) Existen ocasiones en donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al mismo tiempo, por lo que de esta combinación el resultado será de acuerdo con la siguiente ecuación:
-Q TOT = -qsA + (-qL ) + (-qs B ) La representación gráfica del proceso se observa en la siguiente figura:
T
1 Temperatura de congelación
2
qL qsB
qs A Q
(Evolución del proceso de extracción de calor desde la temperatura ambiente hasta la congelación).
Trabajo total Es la cantidad de calor que hay que eliminar a un producto para llevarlo de las condiciones iniciales del proceso (cualquiera que sea) hasta la temperatura a la cual se desea llevar al final del mismo. Para conocer este trabajo se debe dividir el valor de la carga térmica del producto entre el tiempo en que se desea que se lleve a cabo el proceso en su totalidad.
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Trabajo secundario Es la cantidad de calor que hay que eliminar para que el equipo tenga tiempo de descanso y pueda ahorrar energía al momento en que mantiene las condiciones interiores requeridas por el proceso.
3.3.7 Carga generada por alumbrado y equipo En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden energía calorífica al medio enfriado en el momento de operar. La cantidad de calor que estos ceden se obtiene directamente de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es: 1watt = 3.415 Btu / hr Todos los sistemas de iluminación, ya sean incandescentes o fluorescentes, básicamente transforman la energía eléctrica que reciben para su operación en calor, el cual se desprende en su totalidad y se disipa en el interior del espacio que se desea refrigerar, por lo tanto, el siguiente modelo matemático nos permite calcular la ganancia de calor generado por alumbrado y equipo. Qalumbrado = No. de lámparas (Watts de c/lámpara) (3.415) [Btu / hr] Todas las máquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean parte de su energía consumida en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor, por lo tanto, todas las máquinas trasforman la energía eléctrica total, que toman de la línea de alimentación, en calor. El calor cedido al espacio con motores y sus máquinas conducidas afectan a dicho medio de tres formas: 1ª Si el motor y la máquina accionada por él se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calor cedido será igual al de la expresión siguiente:
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Q equipo = (746) (3.415)
(Btu / hr)
2ª Si el motor está fuera del espacio y la máquina accionada por él esta en el interior del espacio, el calor desarrollado está dado por: Q equipo = (N) (746) (3.415)
(Btu / hr)
3ª Si el motor está dentro del espacio y la máquina accionada por él esta fuera, el calor desarrollado está dado por:
Qequipo =
(746)(3.415) (Btu / hr)
Donde: N = Potencia del motor eléctrico (HP) η = Rendimiento del motor el éctrico (%)
746 = Factor de conversión de HP a Watts. 3.415 = Factor de conversión de Watts a Btu / hr. Para propósitos especiales dentro de las cámaras de refrigeración podemos incluir los equipos de Deshielo. En estos, casos se recomienda hacer su conversión a Watts y de este a unidades de calor. Por ejemplo consideremos un equipo de deshielo que trabaja a 300 W de potencia y durante 15 minutos. La cantidad de calor que este cederá será de: Q equipo = (300) (3.415) (15/60) = 256.125 Btu/Hr. Q AyE = Q A + QE [Btu/Hr]
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3.3.8 Carga térmica generada por infiltración El concepto de infiltración representa una cadencia o transmisión de calor originado por la entrada de aire exterior (a la temperatura del medio ambiente) al interior del espacio refrigerado. Esta carga térmica es ocasionada a la hora, en el momento en que se abren las puertas, las ventanas o cualquier otro medio que comunique al exterior, así como por un mal sellado entre esta y los marcos o paredes que los soportan. El procedimiento del cálculo se basa en la consideración de que el aire en el interior del espacio se cambiara un determinado número de veces por hora, a esto se le llama número de cambios de aire (CA) y de preferencia se maneja en un intervalo de 1 hr. El número de cambios esta en función directa del volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distinguiremos dos grupos: Espacios con volúmenes altos (mas de 200 pies cúbicos). Espacios con volúmenes bajos (menos de 200 pies cúbicos).
Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina de la siguiente manera:
a) Por apertura de puertas. Para congeladores o diseños más bajos a esta condición se consideran 2.1 C.A. Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales o superiores a la de
refrigeración, se consideran 4.2 C.A.
b) Por infiltración. Para esta situación se considera al espacio enfriado o la instalación bajo los siguientes aspectos: Si tiene un lado expuesto el medio ambiente se considera 1 C.A. Si tiene dos lados expuestos al medio ambiente se consideran 1.5 CA. Si tiene tres lados expuestos al medio ambiente se consideran 2 C.A.
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Si tiene cuatro lados expuestos al medio ambiente se consideran 2.5 CA.
Para el caso de volúmenes altos las infiltraciones y apertura de puertas se dan en un solo valor de acuerdo con la tabla 8 del apéndice. Si se tienen instalaciones de uso pesado se debe multiplicar el valor de los cambios de aire por 2. Para el caso del almacenamiento con uso prolongado el valor del cambio de aire se debe multiplicar por 0.6. Independientemente de que se trate de volúmenes altos o bajos una vez que conocemos el valor de los cambios de aire debemos conocer la cantidad de aire que se tiene que cambiar por hora, es decir:
Pesado (x 2)
[ft3/hr]
Vinfiltrado = (Vespacio o instalación) (C.A./hr) (USO)
Prolongado x (0.6)
El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicrométrica. La diferencia de calor entre los puntos de alta y baja temperatura nos dará el calor necesario para su enfriamiento. Qaire int .
V inf iltrado
H T int
Btu / hr
H Text
Btu / hr
U int Qaire ext .
V inf iltrado
U ext
Entonces:
Qinfiltrado = Qext - Qint
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3.3.9 Carga térmica generada por ocupantes El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad esta desprendiendo calor, aún cuando no realice actividad alguna. El simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente para que se libere calor. La energía calorífica cedida por los ocupantes está en función directa de la actividad que desarrolle en el interior del espacio. La tabla 17 (en el apéndice) proporciona los datos para una condición de trabajo equivalente a un trabajo rudo desarrollado en el interior del espacio, esto equivale a caminar a 2 millas/hr o a un baile ligero. Los valores que se muestran como equivalentes de calor por persona (ECPP) es la suma del calor sensible más su correspondiente calor latente. Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el equivalente de calor por persona en la tabla correspondiente de acuerdo con la temperatura interior del espacio y a este valor multiplicarlo por el número de ocupantes, esto es: Qocupantes = No. ocupantes x (ECPP)
[Btu/hr]
3.3.10 Carga térmica generada por efecto solar Este cálculo se debe a la incidencia de los rayos solares y se calcula exclusivamente para las paredes o superficies afectadas en la hora crítica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre los muros, techos, etc. De un espacio determinado originan el calentamiento de estos, lo cual implica el paso de calor al interior del espacio. El efecto solar está determinado por las siguientes características: Rugosidad en la superficie en la que incide. El ángulo de incidencia e intensidad de los rayos solares. La constante proporcional del color de la superficie.
Las características anteriores afectan la refracción de la radiación solar, lo cual puede ocasionar un aumento de la ganancia de calor en el interior del espacio por este concepto. Un ejemplo sería que las áreas afectadas estuvieran pintadas con colores obscuros. Para el cálculo de la ganancia de calor por este concepto se requiere, fundamentalmente, conocer la intensidad de la radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar, dependiendo además de las características anteriormente señaladas. Cuando se desconoce uno o varios de estos factores la ganancia por efecto solar se puede calcular suponiendo que el medio
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ANALISIS DEL PROYECTO
ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real y se puede calcular con la expresión matemática general de la transmisión de calor:
Qefecto solar = AU∆T [Btu/hr] Donde: A = Área afectada por los rayos solares [ ft 2] U = Coeficiente global de transferencia de calor [ Btu/ ( hr °F ft2 ) ] ∆T = Temperatura corregida para efecto salar.
Para obtener el valor del incremento de temperatura consultar la tabla siguiente:
IPO DE SUPERFICIE
NCREMENTO °F
Muros claros al oriente
15
Muros claros al poniente
30
Muros claros al sur
20
Ventanas al oriente
25
Ventanas al poniente
40
Ventanas al sur
30
Techos horizontales claros
45
Tragaluces horizontales
60
NOTA: Los
valores anteriores corresponden a climas templados. Para lugares extremosos aumentar de 20 a 30% de los valores tabulados y para colores obscuros de 15 a 25%.
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ANALISIS DEL PROYECTO
3.4 Método de Cálculo Calculo de la carga térmica generada por producto El producto que se desea conservar es camarón fresco; los valores de las características de este producto las podemos encontrar en las tablas correspondientes. Por ejemplo, a pesar de recibir el camarón fresco, los datos que debemos considerar son los de camarón congelado, ya que la condición final es la temperatura de congelación del mismo. De este modo y de las tablas correspondientes obtenemos: a) Producto: Camarón fresco. b) TCONGELACIÓN: 28 °F. c) T ALMACENAMIENTO: -10 °F. d) Cp A: 0.83 Btu/lb °F. e) CpB: 0.45 Btu/lb °F. f) HL FUSIÓN: 119 Btu/lb. g) Tiempo de almacenamiento: 6 meses. h) m =4409.2452 lb i) Tiempo=24 hrs.
T 1
35.6
28 -10
2
Q
qsB
qL
85
qs A
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ANALISIS DEL PROYECTO
Para abatir la carga térmica se toma el valor de la capacidad de almacenaje entre el tiempo de trabajo:
m
4409.2425lb 4 r
183.7185 lb / hr .
La diferencia de temperatura: ∆T = Talmacenamiento – T entrada ∆T = -10 °F – 35.6 °F = -45.6 34°F
Sustituyendo valores en los modelos matemáticos correspondientes para calor sensible y calor latente: qs A = ( ̇ )(CespA )(∆T) qs A = ( 183 .7185 lb / hr )(0.83 Btu/lb °F)( 28 °F – 35.6 °F) qs A = -1158.8962 BTU/hr qsB = ( ̇ )(CespB )(∆T) qsB = ( 183 .7185 lb / hr )(0.45 Btu/lb °F)( -10 °F – 28 °F) qsB = - 3141.5863 BTU/hr qL FUS = ( ̇ ) ( H L ) qL FUS = (183 .7185 lb / hr )( 119 Btu/lb ) qL FUS = 21862.5015 BTU/hr Q prod. = qs A + q L FUS + qsB = (-1158.8962)+(-3141.5863)+21862.5015
Q prod. = 17562.019 BTU/hr = 4425.2775 Kcal/hr
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ANALISIS DEL PROYECTO
Calculo de la carga térmica generada a través de paredes
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ANALISIS DEL PROYECTO
La cámara dimensionada quedara como en la figura siguiente:
Tipo de muro
T ( ºF)
Q (BTU/hr)
456.6845
0.02585
95.28
1124.8084
Puerta
26.3995
0.02686
95.28
67.5621
Piso
271.2505
0.02667
37.64
272.2969
Techo
271.2505
0.02656
95.28
684.8858
Qt =
149.5532
Paredes
rea (pie²) U (Btu/hrºFpie²)
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ANALISIS DEL PROYECTO
Vista superior de la cámara
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ANALISIS DEL PROYECTO
Corte longitudinal de la cámara
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ANALISIS DEL PROYECTO
Áreas de las paredes Área de paredes excluyendo la puerta 2
3.28 pies 2 Aparedes= 2(2.4mx5.6m)+ 2 (4.5mx2m) – 2.4526m = 42.4273 m = 456.6845 pie 1m 2
2
Área de la puerta 2
A puerta
3.28 pie 2.4526m² 26.3995 pie ² 1m
Área del piso 2
A piso
3.28 pie (5.6mx 4.5m) 25.2m ² 271.2505 pie ² 1 m
Área de techo 2
Atecho
3.28 pie (5.6 mx4.5m) 25.2m² 271.2505 pie ² 1m
Calculando las variaciones de temperaturas: T Text Treq
85.28º F ( 10)º F 95.28º F
T suelo T ext T prom 85.28º F 47.64º F 37.64º F
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ANALISIS DEL PROYECTO
Cálculo del coeficiente de película f para las paredes y el techo
Vext = 14
km
1milla
r 1. 093km
8.6991
millas r
Tenemos que: la velocidad interior de la cámara es 0 y la velocidad exterior de la cámara es de 8.6991
millas hr
Para encontrar el coeficiente f para paredes lisas utilizamos la siguiente expresión matemática: f 1= 1.6 +0. 3 v ext f 2 = 2.0 +0.3 v int
Donde: f 1 y f 2 son películas exterior e interior de la pared Sustituyendo en la fórmula
f 1 = 1.6 + 0.3 ( 8.6991
millas r
) = 4.2097
tu ft 2
F hr
92
tu ft 2
F hr
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f 2 = 1.6 + 0.3 ( 0
ANALISIS DEL PROYECTO
millas hr
) = 1.6
Material
tu 2
ft
F hr
e (pulg)
Película impermeable Ladrillo común Loza de concreto (techo) Loza de concreto (piso) Poliuretano Acero galvanizado
−
( °
0.5 5.5 5 6 4 0.04
1.4 5 12 12 0.11 350
Ahora bien para el cálculo de U para paredes: U
U
1
1 e1 e 2 1 f 1 k 1 k 2 f 2 1 5 5.5 4 1 1 4.2097 0.4 5 0.11 1.6
U 0.02585
BTU hr º Fpie²
Cálculo de U para piso: f 1=0; f 2 =1.6
U
1
1 e1 e 2 1 f 1 k 1 k 2 f 2
=
1 4 1 1 6 0 12 0.11 1.6
93
0.02667
BTU hr º F pie²
−
−ℎ
)
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ANALISIS DEL PROYECTO
Cálculo de U para puerta: f 1=4.2097; f 2 =1.6
U
1
1 e1 e 2 1 f 1 k 1 k 2 f 2
=
1 0.04
4 1 1 2( ) 350 0.11 1.6 4.2097
0.02686
BTU hr º F pie²
Cálculo de U para techo: f 1=4.2097; f 2 =1.6
U
1
1 e1 e 2 1 1 1 2 2 f k k f
1 5 4 1 1 4.2097 12 0.11 1.6
0.02656
BTU hr º F pie²
Calculando q puerta, q piso, q techo, q paredes:
Q = AU∆T [Btu/hr] T ( F )
Qganado Btu/hr
0.02585
(85.28-(-10)= 95.28
1124.8084
271.2502
0.02667
(85.28-(37.64)= 47.64
272.2969
Puerta
26.3995
0.02686
(85.28-(-10)= 95.28
67.5621
Techo
271.2502
0.2656
(85.28-(-10)= 95.28
684.8858
Q por concepto
Área ( pie )
Paredes
456.6845
Piso
U (
BTU hr º F pie²
)
Qtotal proceso = Q paredes + Qpiso. + Qpuerta+ Q techo. Qtotal proceso = ( 1124.8084 Btu/hr ) + ( 272.2969 Btu/hr ) + (67.5621 Btu/hr) + (684.8858 Btu/hr)
Qtotal proceso = 2149.5532 BTU/hr = 541.6444 Kcal/hr
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ANALISIS DEL PROYECTO
Calculo de la carga térmica generada por alumbrado y equipo
Para el calculo por alumbrado y equipo consideramos 10 lámparas de 200 watts, ya que los ocupantes necesitaran una buena visibilidad para el acomodo y distribución del producto en los diferentes estantes. Recordando que; 1watt = 3.415 Btu / hr Q alumbrado = No. de lámparas (Watts de c/lámpara) (3.415) [Btu / hr] Q alumbrado = 5 (200) (3.415) [Btu / hr]
Q alumbrado = 3415 Btu / hr = 860.5117 Kcal/hr Se cuenta con 2 motores de la cámara y su potencia de cada uno es de 0.9996HP Para efecto de este cálculo tendremos en rendimiento mecánico del 75% el cual no lo proporciona el fabricante. 1ª Si el motor y la máquina accionada por él se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calor cedido será igual al de la expresión siguiente:
Q equipo = (746) (3.415 BTU/hr 0.9996x1 Q equipo = (746) (3.415) =3383.1995 BTU/hr = 852.4986 Kcal/hr 0.75 Calculo de la carga térmica generada por infiltración Para calcular este concepto de ganancia de calor para nuestro espacio es necesario conocer nuestro volumen de la instalación que es de 60.48 m3 pero transformandolo a Sistema Ingles tenemos:
VTotal =60.48m3 = 2135.8310 ft3.
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ANALISIS DEL PROYECTO
Ahora necesitamos sacar los cambios de aire a los que estará sujeto nuestro espacio esto en por lapsos de 1hr.de igual manera se tomara en cuenta que nuestro espacio estará sujeto a uso prolongado tenemos que los cambios de aire serán: CA/hr. = 11.6892CA/ 24 hr. = 0.4870 CA/ hr. Teniendo los anteriores datos podemos sacar el flujo volumétrico que habrá en nuestro espacio. V inf. = (CA/hr) (Vol. de la instalación) (USO) [ft3/hr V inf. = (0.4870) (2135.8310) (0.6) = 624.089 ft3/hr. El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicométrica. La diferencia de calor entre los puntos de alta y baja temperatura nos dará el calor necesario para su enfriamiento. Teniendo como datos de tablas las condiciones psicométricas del estado de Campeche, Campeche tendremos el calor en el exterior de nuestro espacio por refrigerar. Datos: T ext = 29.6°C = 85.28°F, HT = 43.3 BTU/ lb, %HR = 78 % y U int = 14.1875ft2/ hr
Qaire ext. =
V inf iltrado
H T ext
Btu / hr
U exte
Qaire ext. =
624.089 4. 875
43.3 1904.7086
Btu / hr
Y teniendo para nuestro interior una temperatura requerida de -10 °F y con un 90% de HR. encontramos en nuestra carta psicométrica los siguientes valores. HT = -2 BTU/ lb. y U int = 11.2307 ft2/ hr. Con los anteriores datos podemos determinar el calor en el interior de nuestro espacio.
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ANALISIS DEL PROYECTO
Qaire int. =
V inf iltrado
H T int
Btu / hr
U int
Qaire int. =
624.089 11 307
2 111.1398
Btu / hr
Entonces:
Q infiltrado = Q ext - Qi nt
Q infiltrado = 1904.7086 - (-111.1398) = 2015.8484 Btu/hr.= 507.9534 Kcal/h
Calculo de la carga térmica generada por ocupantes
Para el calculo de la carga por ocupantes consideramos en forma constante 3 personas, las cuales estarán realizando un trabajo dentro de la cámara. De la tabla de calor disipado por personas dentro del espacio refrigerado, obtenemos el valor de 1400 BTU/hr ya que la temperatura de la cámara para nuestro caso es de -10 o F
Q ocupantes = No. ocupantes x (ECPP)
[Btu/hr]
Q ocupantes = 3 x (1400) [Btu/hr]
Q ocupantes= 4 200 BTU/ hr = 1058.316 Kcal/hr
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ANALISIS DEL PROYECTO
Calculo de la carga térmica generada por efecto solar La carga por efecto solar será O, debido a que la cámara frigorífica estará dentro de una nave industrial.
Por lo tanto, la ganancia de calor total será: Calor ganado
(BTU/hr)
(Kcal/hr)
Calor por producto
17562.019
4425.275
Calor a través de paredes
2149.5532
541.6444
Calor por ocupantes
4 200
1058.316
Calor por infiltración
2 015.84
507.9513
Calor por alumbrado y equipo
6798.1995
1713.0103
Carga térmica por radiación solar
0
0
Calor total ganado
32725.6117
8246.1996
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CAPITULO IV CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
4.1 Cálculo de un un sistema sistema por compresión compresión de vapores vapores Para nuestro estudio y para efectos prácticos se analizará el sistema de refrigeración por compresión de vapores. Este sistema consiste básicamente de cinco equipos indispensables para obtener un ciclo termodinámico cerrado y varios equipos auxiliares sin ser absolutamente necesarios. La figura siguiente representa el diagrama de flujo de todos los componentes del sistema, así como también ilustra el proceso de condensación y el reciclado total de la sustancia ‘de trabajo, llamado refrigerante; también establece el diagrama de flujo de todos los componentes.
Zona de baja presión
VaporR aporRefr efriger igerante ante de B.P.
Zona de alta pres presión ión
VaporR aporRefr efriger igerante ante de A.P.
ompresor
+Q
Q ondensador
Evaporador emperatura de diseño Liq. Ref rigera nte d e B.P.
Liq. Refrigerante de A.P.
Válvula de Expansión
Figura 4.1 Sistema de refrigeración por compresión de vapores
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
El siguiente diagrama muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.
1-2 Evaporador. 2-3 Compresor. 3-4 Condensador. 4-1 Válvula de Expansión
Figura 4.2 Diagrama del recorrido del refrigerante a través del sistema
A continuación se describen cada uno de los componentes del sistema:
1. Válvula De Expansión: es un dispositivo de diseño especial que dosifica y controla automáticamente el flujo del refrigerante en la línea del líquido al evaporador. Esta válvula recibe el refrigerante líquido de alta presión y suministra refrigerante líquido a baja presión. Estas válvulas son específicas para cada uno de los refrigerantes empleados.
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2. Serpentín: la forma y modelo del serpentín dependen del tipo de enfriamiento deseado, ya que en su inte interi rior or circ circul ula a el refri refrige geran rante te el cual cual medi median ante te la abso absorc rció ión n del calor calor del del medi medio o que lo rodea rodea se transforma del estado líquido al estado de vapor, designándosele, a este dispositivo, con el nombre de evaporador.
3. Compresor: este compresor puede ser del tipo reciprocante, centrífugo o rotatorio, el cual tiene por objetivo elevar la temperatura del gas refrigerante a un valor tal que su punto de condensación sea superior a la temperatura de los medios disponibles para que se realice la condensación. La cons constr truc ucci ción ón y apli aplica caci ción ón dest destin inad ado o a tras trasfor forma marr el vapo vaporr refri refriger geran ante te de alta alta pres presió ión, n, que proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante el contacto con aire o agua del medio medio ambien ambiente. te. Al igual igual que los otros otros instru instrumen mentos tos tambié también n existe existen n diferen diferentes tes tipos tipos de condensadores.
4. Condensador: consta de un serpentín destinado a transformar el vapor refrigerante de alta presión, que proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante el contacto con aire o del del medi medio o ambi ambien ente. te. Al igua iguall que los los otros otros inst instrum rumen ento toss tamb tambié ién n exis existten dife diferen rente tess tipo tiposs de condensadores.
5. Filtro Deshidratador: la función de este dispositivo es filtrar las partículas extrañas y absorber la humedad, ya que esta perjudica mucho a cualquier sistema de refrigeración; de hecho dicha humedad se considera el enemigo número uno. Además de estos elementos necesarios se requiere de un fluido f luido de trabajo llamado refrigerante que q ue va a circular por el sistema y cuya característica básica es tener punto de ebullición a presión normal inferior a los 32 °F (O °C). Los elementos elementos auxiliares auxiliares que se requieren requieren en estos sistemas sistemas son:
Separadores de aceite.
Indicadores de fluido.
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Manómetros.
Sensores electrónicos.
Termómetros.
Válvulas para seccionamiento.
Controles para protección de equipo.
CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
Los siguientes pasos pueden hacer más comprensibles el ciclo y el flujo del refrigerante.
Por aspecto práctico el ciclo del refrigerante empieza en el orificio del dispositivo dispositivo de control.
El líquido líquido a alta alta tempera temperatura tura y a alta alta presió presión n reduce reduce estos estos paráme parámetro tross cuando cuando entra en la válvula de expansión (dispositivo de control).
El dispositiv dispositivo o de control gobierna gobierna el flujo del refrigerante refrigerante y separa el lado de alta del lado de baja presión del sistema.
El refrigerante se evapora al absorber calor en el evaporador.
La capacidad de evaporación se controla con el compresor.
El vapor refrigerante refrigerante sale del evaporador evaporador con un sobrecalentami sobrecalentamiento ento de aproximadament aproximadamente e 10 °F, esto es, 10 °F más que la temperatura de evaporación.
El compresor compresor aumenta la temperatura temperatura del vapor hasta superar superar la del medio de condensación, condensación, de manera que el calor se transmita al medio (aire o agua), por lo cual el vapor se condensa y queda en su forma líquida para volver a usarse.
4.2 Trazo del diagram diagrama a presión presión – entalpia entalpia (diagrama (diagrama de mollier mollier)) Un ingeniero en diseño revisa cuidadosamente los datos del refrigerante en forma de tablas y gráficas antes de seleccionarlo para una instalación determinada. Esta información puede presentarse gráficamente en forma de diagramas que son conocidos como Diagrama de Mollier o P - H. En ellos se
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
graficará la presión absoluta y la entalpía principalmente. Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración. El ingeniero en diseño debe utilizar el diagrama de mollier para graficar los ciclos de refrigeración, sirve además para detectar problemas prácticos en la operación de un sistema. El diagrama representa al refrigerante. Es una representación gráfica de los datos contenidos en las tablas termodinámicas. El diagrama muestra los tres estados físicos diferentes. Las líneas de frontera convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual representa la condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores que la crítica el refrigerante puede existir solamente en forma gaseosa.
Figura 4.3 Diagrama de líquidos y vapores Ciclo Rankine
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
4.3 Propiedades del refrigerante En el diagrama completo aparecen 5 propiedades básicas del refrigerante las cuales son: 1.- PRESIÓN: Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama. La escala de presión no está graduada en intervalos constantes sino que sigue una escala logarítmica, lo cual permite un amplio rango de cobertura en un diagrama de tamaño razonable. 2.- ENTALPÍA: Las líneas de entalpía constante son verticales. En un proceso de flujo constante, tal como sucede en un ciclo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica por cada libra de refrigerante. Los cambios de entalpía entre los puntos de un proceso son muy importantes. 3.-TEMPERATURA: Por lo general las líneas de temperatura constante corren en dirección vertical en las zonas de vapor sobrecalentado y de líquido subenfriado. En la zona de mezcla siguen una dirección horizontal entre las líneas de saturación. El diagrama, normalmente simplificado incluye líneas de temperatura solamente en la zona de sobrecalentamiento. En la zona mixta se muestran los puntos de intersección con las líneas de saturación. 4.- VOLUMEN ESPECÍFICO: Las líneas de volumen específico se extienden desde la línea de vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un pequeño ángulo con la horizontal. 5.- ENTROPÍA: Las líneas de entropía constante se extienden también desde la línea de vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con la línea de vapor saturado. Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento porque es donde ordinariamente se requieren los datos de entropía, la cual está relacionada con la disponibilidad de energía. Los cambios en la entropía, más que sus valores absolutos, son de interés para el ingeniero.
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
Figura 4.4 Diagrama Presión Entalpia
El ciclo completo de refrigeración representa la historia de una libra de refrigerante fluyendo una vez a través del sistema. Con este diagrama se simplifica grandemente el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo termodinámico. Conociendo simplemente las temperaturas de condensación y de evaporación podemos representar en el diagrama de Mollier el ciclo de refrigeración completo. En el propio diagrama se pueden leer los valores para cada una de las propiedades del refrigerante en forma directa. Los cambios de esos valores o magnitudes pueden seguirse a través de cada proceso. Con el trazo adecuado del ciclo se podrán establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:
Niveles de presión.
Relación de compresión.
Efecto neto de refrigeración.
Velocidad de flujo o flujo másico.
Potencia del compresor.
Coeficiente de rendimiento.
Temperatura de descarga del compresor.
Volumen desplazado por el compresor.
Desprendimiento de calor en el condensador.
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4.4 Rendimiento volumétrico del compresor utilizando R22 y amoniaco (R-22)
NH3
ηv
ηv
2.0
77.5
85.25
2.2
76.9
84.59
2.4
76.2
83.82
2.6
75.3
82.83
2.8
74.5
81.95
3.0
73.1
80.40
3.2
72.9
80.19
3.4
72.0
79.20
3.6
71.3
78.43
3.8
70.4
77.99
4.0
69.6
76.56
4.2
69.8
75.68
4.4
68.0
74.80
4.6
67.2
73.92
RC
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4.8
66.4
73.04
5.0
65.5
72.05
5.2
64.8
71.28
5.4
64.0
70.40
5.6
63.3
69.63
5.8
62.5
68.75
6.0
61.9
68.09
6.2
61.1
67.21
6.4
60.3
66.33
6.6
59.5
65.45
6.8
58.7
64.57
7.0
57.9
63.69
Figura 4.1 Rendimiento volumétrico del compresor para R-22 y Amoniaco
NOTA.- Los valores anteriores corresponden a compresores manejando refrigerante 22. Cuando se maneja amoniaco debe aumentarse el 10% del valor tabulado.
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Cálculo del rendimiento volumétrico Podemos definir al rendimiento volumétrico como el cociente que resulta de dividir al volumen de refrigerante producido en el evaporador entre el desplazamiento del compresor. V
Volumen de refrigerante producido en el evaporador Desplazamiento del compresor.
Teóricamente el desplazamiento del compresor debe ser igual al volumen producido en el evaporador, pero como existen efectos prácticos que afectan dicho volumen, estos originan que el desplazamiento de la máquina deba ser mayor que el volumen de vapor producido en el evaporador. Por lo tanto para la determinación de este rendimiento se hacen pruebas prácticas en función de las presiones de trabajo y con ellas se determina el rendimiento.
Cálculo del efecto de refrigeración o efecto neto de refrigeración (ER) Se le llama “efecto de refrigeración a la cantidad de calor que puede absorber una libra de refrigerante al circular por el evaporador hasta convertirse en vapor seco saturado. La línea de evaporación representa la porción del ciclo que es útil para la refrigeración. El cambio de entalpía a lo largo de esta línea representa la cantidad de enfriamiento por libra. Para nuestro ejemplo la entalpía aumenta desde 31.10, al comenzar la evaporación, hasta 76.20 al finalizar. Por lo tanto la variación de entalpía o efecto refrigerante será: ER = ∆h = h2 – h1 Este valor nos indica el calor que puede absorber cada libra de refrigerante para este ciclo.
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Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR) Cuando se conoce el ER, puede determinarse el flujo másico para manejar cualquier carga térmica. Como sabemos que cada libra de refrigerante proporciona una cantidad de Btu de enfriamiento, el cálculo de este concepto será de: WR
200TR ER
Cálculo de la potencia del compresor (Pc) La energía térmica ganada por el refrigerante durante la compresión, está representada por el cambio de entalpía a lo largo del proceso de compresión. Para nuestro ejemplo a medida que se comprime el refrigerante, la entalpía se incrementa, hay una ganancia en Btu por cada libra de refrigerante que circula. Esto representa el trabajo hecho por el compresor sobre el refrigerante. La potencia de la máquina se expresa en caballos de fuerza (HP). Los Btu/min, que se generan en el compresor, pueden convertirse en HP utilizando el siguiente factor: k = 0.02357 HP/(Btu/min.) Para calcular la potencia del compresor se procede a utilizar el siguiente modelo matemático: Pc =∆hcomp(WR)(k)
[HP]
Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR). En refrigeración se usa este término para expresar la relación de la refrigeración útil con la energía aplicada en la compresión. Para nuestro ejemplo esta relación se calcula de la siguiente manera:
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CR
ER hcomp
Cálculo de la temperatura de descarga del compresor. La temperatura de descarga de la máquina se lee directamente en el diagrama de Mollier y al final de la línea de compresión.
Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.) El volumen específico de vapor al Comienzo de la compresión puede leerse en el diagrama de Mollier. Para nuestro caso es aproximadamente de 2 ft 3/lb Por lo tanto, para nuestro sistema de refrigeración, en el que circulan 4.43 Ib/min. de refrigerante, el desplazamiento volumétrico de la máquina se calculará con la siguiente expresión: Vd
W R V succ
ft 3 min
V
Cálculo del calor desprendido en el condensador. El cambio de entalpía durante el proceso de condensación refleja los requerimientos de transmisión de calor en el condensador. La entalpía total disminuye de: ∆H = hf - hi = h4 – h3
Establecimiento de las condiciones de trabajo Para determinar las condiciones de trabajo de un sistema de refrigeración se procede de la forma siguiente:
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a) Para determinar la temperatura de succión se fija la temperatura que se requiere mantener en el cuerpo, espacio, etc. y se considera que el refrigerante debe de estar a menor temperatura a efecto que exista transmisión de calor; por lo tanto la temperatura de succión (T succ ) será de 8 a 10 °F abajo de la temperatura requerida (Treq).
Figura 4.5 Diagrama del condensador
a) Si el sistema de refrigeración va a emplear aire ambiente para realizar la condensación del refrigerante el punto de condensación de dicho refrigerante deberá ser a 15°F arriba de la temperatura de bulbo seco del aire ambiente disponible para realizar la condensación.
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Figura 4.6 Diagrama del evaporador
b) Si la condensación del refrigerante se va a efectuar por medio de agua y esta a su vez es enfriada por aire ambiente, la temperatura de descarga será de 40 °F sobre la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente considerándose que el agua a su paso por una torre de enfriamiento saldrá a 10 °F sobre la temperatura de bulbo húmedo, a su paso por el condensador se elevara 20 °F (o 10 °F según el diseño) y a la salida del mismo aun debe estar 10°F arriba del punto de condensación del refrigerante.
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Tdes
T suc
Ref. Agua a 90°F Aire mbiente TBS
Condensador
TBH Torre de enfriamiento
Ref.
%HR
Agua a 110°F
Figura 4.7 Diagrama de una torre de enfriamiento
Tdes
TBH aireambien te
40F
4.5 Refrigerante Es cualquier sustancia capaz de absorber calor de otra para nuestro estudio trataremos aquellas que se puedan adaptar a la refrigeraci6n mecánica. Sabemos que el refrigerante sufre transformaciones de líquido a gas y de gas a líquido. Por lo tanto se requiere que estas transformaciones se realicen a la temperatura adecuada para los diferentes servicios y a la presi6n conveniente y apropiada a la economía, diseño, construcci6n y operación de los equipos; además también se debe tomar en cuenta factores como son:
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Propiedades termodinámicas Químicas De seguridad Económicas
El punto de ebullición de un refrigerante a presión atmosférica es básico al escoger el equipo requerido y al tipo de servicio para el que se va a usar.
4.6 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22 La siguiente tabla muestra las características de la presión de condensación de los principales refrigerantes, con la cual se pueden determinar las siguientes conclusiones:
REFRIGERANTE
PUNTO DE EBULLICION A LA PRESION ATMOSFERICA (OF)
PRESION DE EVAPORACION A 5 O F (psi)
PRESION DE CONDENSACION A 86 O F
RELACION DE COMPRESION
Amoniaco (R717)
-28
34.27
169.2
4.94
Bióxido de carbono (Hielo seco)
-109
332
1045.7
3.15
Etano
-127.5
236
675.8
2.87
R-12
-21.6
26.51
107.4
4.08
R-21
+48
5.24
31.23
5.97
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R-22
-41.4
43
174.5
4.06
R-113
+117.6
0.982
7.85
8.02
Di cloro metano
+105.2
1.15
10.5
4.58
Bióxido de azufre
+14
11.81
66.4
5.63
Tabla 4.2 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22
4.7 Relación de compresión Para elegir un refrigerante idóneo es muy importante obtener relaciones de compresión Adecuadas. Se sabe que con altas relaciones de compresión, la potencia requerida por el compresor es muy grande, por lo que la temperatura de evaporación y de condensación se debe establecer con un criterio técnico eficiente, como se estudió anteriormente.
4.8 Selección del R22 para el proyecto Utilizaremos en R22 debido a que las características que posee lo hacen el más idóneo para su Utilización en el sistema de refrigeración por compresión de vapores. En la tabla anterior vemos que su Punto de ebullición es -41-4ºF y relación de compresión de 4.06, que es muy cercano al valor obtenido. Otra de las razones por las que utilizaremos R22 es que equipos de refrigeración (condensadores y Evaporadores) son fabricados mas usualmente para la utilización del R22. No daña los sistemas de Tuberías como el Amoniaco. Otra particularidad de los equipos que usan R22 son más pequeños en comparación con los equipos
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que utilizan amoniaco, en donde vemos que su constitución es muy robusta y por tanto encarece el proyecto. En caso de fuga, el R22 presenta una menor inflamabilidad en comparación el Amoniaco. Se muestra la gráfica de presión y temperatura para varios refrigerantes comunes. Para nuestro caso, podemos ver el R22 y compararla con el Amoniaco.
Esta gráfica es valiosa, para dar una imagen global de las relaciones de presión y temperatura de saturación, pero dependiendo del tamaño de la escala, va a ser la precisión de la lectura de los valores.
Por lo tanto, algunas veces, estos valores se dan en forma de tabla, las cuales pueden dar presiones cada grado o cada 2 grados centígrados para las temperaturas de evaporación comunes. También, para temperaturas de evaporación menos comunes o temperaturas de condensación, se dan presiones cada 5°C. También hay disponibles tablas que, además de la presión y temperatura, dan otra información, tal como el volumen de líquido y vapor, calor y otros.
Estas tablas se verán más adelante en este mismo capítulo. En la escala vertical se tiene la presión en kilo pascales (o en psig), y en la escala horizontal se tiene la temperatura en grados centígrados (o en grados farenheit). Cualquier punto sobre la curva, representa el punto de ebullición del refrigerante.
Cada punto también se puede llamar "punto de condensación". La razón es que, cualquier mezcla de líquido y vapor a la temperatura y presión de saturación, puede estar en cualquiera de las tres etapas.
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Figura 4.8 Diagrama presión-temperatura para diferentes refrigerantes
Así pues, vemos que necesariamente, en el manejo del R22, el volumen desplazado en el compresor es mucho menor que en el caso del amoniaco. Aunque el amoniaco no es corrosivo a todos los metales comunes, en presencia de humedad corroe a los metales no ferrosos tales como el cobre y sus aleaciones. No podemos utilizar este refrigerante porque las tuberías que utilizaremos para el sistema son de cobre. Para el R22 no tenemos este problema. A continuación haremos los cálculos correspondientes al R22 y Amoniaco para demostrar lo que en este apartado mencionamos.
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El sistema de refrigeración va a emplear aire ambiente para realizar la condensación del refrigerante el punto de condensación de dicho refrigerante deberá ser a 15°F arriba de la temperatura de bulbo seco del aire ambiente disponible para realizar la condensación.
Figura 4.9 Sistema de refrigeración enfriado por aire
En nuestro utilizaremos un sistema indirecto, esto significa que nuestro refrigerante primario será el R22. Nuestro refrigerante secundario será entonces el aire que entrara a -20ºF que es la temperatura requerida o de diseño para la conservación del camarón sin afectar sus propiedades alimenticias.
4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el amoniaco. Mediante el diagrama de Mollier se simplifica el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo Termodinámico. Con el trazo adecuado del ciclo, se podrá establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros: 1. Niveles de presión. (NP)
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2. Relación de compresión. (Rc) 3. Rendimiento volumétrico ( ) 4. Efecto neto de refrigeración. (ER) 5. Velocidad de flujo o flujo másico ( ̇ ) 6. Potencia del compresor (Pc) 7. Coeficiente de rendimiento. (Cr) 8. Temperatura de descarga del compresor. (Tdesc) 9. Desplazamiento del compresor. (Vd) 10. Calor desprendido en el condensador (Qc) 11. Revoluciones por minuto (rpm) De nuestra cámara de refrigeración tenemos que: 1TR ) = 2.7271 TR BTU 12000 r
Capacidad= 32725.6117 BTU/hr * (
Refrigerante= Amoniaco T requerida= -10° F T exterior = 85.28 °F Calculando la temperatura de succión y de descarga por medio de los siguientes modelos matemáticos, para así poder obtener la temperatura de condensación, y los parámetros antes mencionados:
a) Para los niveles de presión lo obtenemos con las temperaturas correspondientes. (Ver anexo del diagrama de mollier para NH3 en Unidades del Sistema Ingles y SI) TSUCCION = T REQ- (8 a 10) °F TSUCCION = -10-°F (- 10) °F= -20°F ()
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TDESCARGA = T BH+ (10 a 15)°F (El sistema será enfriado por aire ya que es de baja capacidad) TDESCARGA = 85.28°F+ 15°F=100.28°F
Figura 4.10 Diagrama Presión-Entalpia para el amoniaco
Los resultados obtenidos en el diagrama de amoniaco son: Baja presión= 18 psi Alta presión=50 psi
b) Cálculo de la relación de compresión. Este parámetro es, como su nombre lo indica una relación que existe entre el valor de alta presión y baja presión, los cuales se leen en el diagrama de Mollier. Este parámetro nos sirve para hacer una buena selección de nuestro compresor. Por lo tanto nuestro compresor debe tener capacidad para comprimir al vapor con una relación de 7 a 1 aproximadamente, y en función de esta RC se determina, por medio de una tabla, el rendimiento
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volumétrico de la máquina; parámetro que también es muy importante calcular o determinar. La formula a utilizar es: R C =AP /BP RC = 50/18 = 2.77 =2.8 Rendimiento Volumétrico (Conseguido de tablas) NV=81.95%
c) Cálculo del efecto refrigerante. (Ver anexo del diagrama de mollier para NH3 en Unidades del Sistema Ingles y SI) Se le llama “efecto de refrigeración a la cantidad de calor que puede absorber una libra de refrigerante al circular por el evaporador hasta convertirse en vapor seco saturado. La línea de evaporación representa la porción del ciclo que es útil para la refrigeración. El cambio de entalpía a lo largo de esta línea representa la cantidad de enfriamiento por libra. ER = ∆h = h2 – h1 ER = ∆h = h2 – h1 = 205 –(-330) = 535 Btu/lb.
d) Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (W R) Cuando se conoce el ER, puede determinarse el flujo másico para manejar cualquier carga térmica. Para nuestro ejemplo supongamos que necesitamos 1 ton. de refrigeración como capacidad del sistema (1 TR = 12000 Btu/hr. = 200 Btu/min.) Como sabemos que cada libra de refrigerante proporciona 45.10 Btu de enfriamiento, el cálculo de este concepto será de: WR
200 TR 200 1 ER
45.10
[lb /
min .]
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WR
200 2.7271
535
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200 1 535
1.019lb / min . = 61.16 lb/hr = 27.74 Kg/hr
e) Cálculo de la potencia del compresor (Pc) La energía térmica ganada por el refrigerante durante la compresión, está representada por el cambio de entalpía a lo largo del proceso de compresión. La potencia de la máquina se expresa en caballos de fuerza (HP). Los Btu/min, que se generan en el compresor, pueden convertirse en HP utilizando el siguiente factor:
k = 0.02357 HP/(Btu/min.)
Para calcular la potencia del compresor se procede a utilizar el siguiente modelo matemático: Pc = ∆hcomp(WR)(k) [HP]
*∆hcomp= (h3-h2)
Pc = (1.019)(263.3-205)(0.02357) =1.400 HP
f) Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR). En refrigeración se usa este término para expresar la relación de la refrigeración útil con la energía aplicada en la compresión. Para nuestro ejemplo esta relación se calcula de la siguiente manera: CR
ER hC
*∆hC=(h3-h2)
CR
Para nuestro caso: 535 58.
9.17
g) Cálculo de la temperatura de descarga del compresor. La temperatura de descarga de la máquina se lee directamente en el diagrama de Mollier y al final de la línea de compresión.
h) Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)
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El volumen específico de vapor al Comienzo de la compresión puede leerse en el diagrama de Mollier. Para nuestro caso es aproximadamente de 15 ft 3/lb Por lo tanto, para nuestro sistema de refrigeración, en el que circulan 1.019 Ib/min. de refrigerante, el desplazamiento volumétrico de la máquina se calculará con la siguiente expresión: Vd
W R V succ
3
ft min
V
Vd
1.01915 18.62 . 195
ft 3 min
i) Cálculo del calor desprendido en el condensador. El cambio de entalpía durante el proceso de condensación refleja los requerimientos de transmisión de calor en el condensador. La entalpía total disminuye de: ∆H = hf - hi = h4 – h3 ∆HT = -330-263.3 = -593.3 Btu/lb.
Q T= (W R)( ( ∆HT )= (1.019)(593.3)=604.572 BTU/min =36274.362 BTU/hr Q T= 36274.362/12000=3.022 TR.
4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el R22 Mediante el diagrama de Mollier se simplifica el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo Termodinámico. Con el trazo adecuado del ciclo, se podrá establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros: 1. Niveles de presión. (NP)
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2. Relación Relación de de compresi compresión. ón. (Rc) 3. Rendim Rendimien iento to volumé volumétri trico co ( ) 4. Efecto Efecto neto neto de refrigeraci refrigeración. ón. (ER) (ER) 5. Velocidad Velocidad de flujo o flujo másico másico ( ̇ ) 6. Potencia Potencia del del compres compresor or (Pc) 7. Coeficiente Coeficiente de rendimie rendimiento. nto. (Cr) 8. Temperatura Temperatura de de descarga descarga del compresor. compresor. (Tdesc (Tdesc)) 9. Desplazami Desplazamiento ento del compresor. compresor. (Vd) 10. Calor desprendido en el condensador (Qc) De nuestra cámara de refrigeración tenemos que: 1TR ) = 2.7271 TR BTU 12000 r
Capacidad= 32725.6117 BTU/hr * (
Refrigerante= R22 T requerida= -10° F T exterior = 85.28 °F Calculando la temperatura de succión y de descarga por medio de los siguientes modelos matemáticos, para así poder obtener la temperatura de condensación, y los parámetros antes mencionados:
a) Para los niveles de presión lo obtenemos con las temperaturas temperaturas correspondientes. correspondientes. (Ver anexo del diagrama de mollier para R22 en Unidades del Sistema Ingles y SI) TSUCCION = T REQ- (8 a 10) °F TSUCCION = -10-°F -10-°F (- 10) °F= °F= -20°F -20°F ()
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TDESCARGA= T BH+ (10 a 15)°F 15)°F (El sistema sistema será será enfriado enfriado por aire aire ya que que es de baja baja capacidad) capacidad) TDESCARGA = 85.28°F+ 15°F=100.28°F
Figura 4.11 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22
Los resultados obtenidos en el diagrama de R22 son:
a) Para los niveles de presión presión lo obtenemos obtenemos con las temperaturas correspondientes. correspondientes. (Ver anexo del diagrama de mollier para R22 en Unidades del Sistema Ingles y SI) TSUCCION = TREQ- (8 a 10) °F TSUCCION = -10-°F -10-°F (- 10) °F= °F= -20°F TDESCARGA = T BH+ (10 a 15)°F 15)°F (El sistem sistema a será enfriad enfriado o por aire ya que es es de baja capacid capacidad) ad) TDESCARGA = 85.28°F+ 15°F=100.28°F
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Figura 4.12 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22
Los resultados obtenidos en el diagrama del R22 son: Alta presión 100 lb. /pulg2 Baja presión 25 lb. /pulg 2
b) Cálculo de la relación de compresión. Rc=
Ap Bp
100 25
4
** De tablas y con la relación de presión de 4 encontramos un rendimiento volumétrico de 69.60%
c) Cálculo del efecto refrigerante. Ahora calcularemos el efecto refrigerante (ER) con base a las entalpías tomadas del diagrama de Mollie ER= h2 – h1 = 102 - 25 = 77 BTU/ BTU/ lb
d) Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (W R)
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200(TR) TR)
wR =
ER
e)
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200( 2.72)
=
77
= 7.0649 lb. /min
Cálculo Cálculo de la potencia potencia del compresor compresor (Pc)
Con las entalpías de los puntos 3 y 2 del diagrama de Mollier si como con la velocidad de flujo del refrigerante y la constante k= 0.02357 como factor de conversión para Hp. Pc = ∆hc (wR)k= (118 - 102)7.0649(0.02357) = 2.6643 Hp.
f) Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR). Con el efecto efecto refrigerante refrigerante y las entalpías entalpías de los puntos 3 y 4 que nos arroja el diagrama de Moliere calculamos el coeficiente de rendimiento (CR). CR =
ER hc
77
4.8125
(118 - 102)
g) Cálculo de la temperatura de descarga del compresor. Tdescarga = T BS + (10 a 15 °F) Tdescarga = 85.28 + (15 °F) = 100.28 °F
h) Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.) Vd
W R V succ
3
ft min
V
Vd
7.0694 2 0. 960
3
20.31 ft min
i) Cálculo del calor desprendido en el condensador. Qc= wR ∆hc =7.0649 (25 - 118) = -657.0357BTU/min. = -39422.142 BTU/hr.
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= -3.2851 TR
4.10 Selección de equipos Sabemos que nuestro sistema de refrigeración se encuentra integrado por diversos componentes y equipos, de tal forma que el sistema funcione correctamente con una buena eficiencia considerando obviamente el menor costo. Con la seguridad de que el equipo no sufrirá daño alguno. También es sabido que los componentes más importantes de nuestro sistema e indispensables para que el sistema de refrigeración trabaje son: el evaporador, el condensador, el compresor y la válvula de expansión (regulador de flujo). Estos componentes junto con tuberías y el refrigerante en circulación, el sistema funciona y trabaja. Los accesorios como su nombre lo indican son dispositivos secundarios que servirán para controlar, proteger, supervisar y mejorar algún componente del sistema.
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4.10 Tabla comparativa de resultados para amoniaco y R-22
e d n s ó e i s l e e v r i p N
e t n a r e g i r f e R
NH3
) i s p (
e n d ó i n s ó i e r c p a l m e o R c
e t n ) o a b t r l c e / u e g t f i r B E f ( e R
e d d a d i c o l e V
) r h / g k ( o j u l f
) l P e H d ( r a o i c s n e e r t p o P m o c
o n d ) e a i n z m a m l / u p 3 l o s t f V e ( D
9.17
18.62
3.022
20.31
3.2851
Bp
p
18
50
2.8
535
27.74
1.4
100
4
77
7.0649
2.6643 4.8125
R-22 25
n r e o o d d i a d s n n e e r d p n s o e c d l e Q
e o d t e n t e n i e m i i c d i f n e e o R C
) R T (
Tabla 4.3 Tabla comparativa de resultados entre Amoniaco y R22
4.12 Selección del equipo llamado evaporador Primeramente debemos de seleccionar este equipo ya que es el primer dato que obtenemos en nuestro cálculo del balance térmico con la suma de todos los conceptos ya analizados con anterioridad. Para seleccionar dichas unidades debemos de tomar en cuenta los siguientes puntos: *Carga térmica *Temperatura de diseño *Temperatura de succión de la maquina *Tipo de refrigerante
La carga térmica que obtuvimos fue de 32725.611 Btu/hr
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Tipo refrigerante a emplear es: R-22
Tipo de deshielo: Aire
Temperatura de succión: -10°F (- 10) °F= -20°F
Con estas condiciones dadas en un principio enseguida ingresamos a los catálogos de diversos fabricantes y proveedores. Con los diferentes catálogos que de estos proveedores y fabricantes el que escogimos fue el de “Bhon” ya que es una de las marcas reconocidas dentro de la rama de refrigeración y aire acondicionado.(ver anexo). Por lo tanto El modelo que escogimos fue: ADT-370, el cual tiene una capacidad de 37000 Btu/hr
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
Nuestra demanda es de 32725.61 Btu/hr, escogimos este porque es el que más se acerca al valor requerido y porque como se puede ver en la tabla de selección el modelo anterior no daba la capacidad que necesitamos. Además debemos recordar que en todo proceso, sistema tiene que haber un factor de seguridad.
Selección del equipo llamado (unidad condensadora) El segundo paso de esta selección de equipos será escoger nuestro condensador que nos proporcione la demanda requerida. Recordemos que se le llama unidad condensadora al conjunto formado por la línea de descarga, el compresor, el condensador y en algunas ocasiones también por el recibidor. Este arreglo tiene como función recibir refrigerante que viene del evaporador el cual llega en forma de vapor y entra al compresor, donde cambia de estado (de vapor a líquido), enseguida pasa al condensador Para seleccionar este tipo de unidades debemos de tomar en cuenta:
Carga Térmica
Tipo de refrigerante
Temperatura de succión
Relación de compresión
Temperatura de condensación
La carga térmica que calculamos en el condensador es: 39422.192 Btu/hr
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
El tipo de refrigerante a usar es: R-22 Con ayuda del diagrama de Mollier encontramos la presión de baja presión y alta presión, con estas presiones consideramos que la relación de compresión es de 4 recordemos que esto es adimensional. La temperatura de succión es de: -10-°F (- 10) °F= -20°F La temperatura de condensación de igual forma se obtuvo con el diagrama de Mollier la cual es de: TCONDENSACION = 50°F Tomando en consideración estos datos recabados se procede a tomar los catálogos de los diferentes fabricantes y proveedores. El fabricante es Bhon el cual en su catalogo de unidades condensadoras encontramos que hay una que se acopla a nuestras necesidades y a la carga requerida.
El Modelo que se selecciono fue: BD*0900L2 Modelo del compresor: 3DF3F40KE
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
Selección del equipo llamado (válvula de expansión)
Por último nos quedaría la selección de la válvula de expansión correspondiente a dicha unidades. Para llevar a cabo esta pequeña selección debemos de tomar en cuenta los siguientes puntos:
La carga térmica
Tipo de refrigerante
Temperatura de condensación
Temperatura de evaporación
Diferencia de presiones para las condiciones de trabajo
De nueva cuenta acudimos a consultar los catálogos nuestra elección fue con “Bhon” ya que es la marca que hemos venido escogiendo por ser una de las empresas líderes, además de que los equipos son seguros y fácil de manejar.
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
El modelo que se selecciono fue: E2V24B
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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO
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CAPITULO V
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
En todo proyecto de ingeniería ingeniería se debe seguir un programa de mantenimiento mantenimiento que nos ayude a prevenir posibles fallas en el sistema así como proporcionar proporcionar soluciones ante dichos problemas. problemas. Por este motivo se describe un programa de mantenimiento para el equipo seleccionado, se mencionan los puntos más importantes según el fabricante que pueda ayudarnos a atender y prevenir fallas en el sistema, el cual se describe de una manera sustanciosa a continuación:
5.1 Mantenimiento. Es un servicio servicio que agrupa agrupa una serie serie de activida actividades des cuya ejecució ejecución n permite permite alcanzar alcanzar un mayor grado de confiabilidad en los equipos, máquinas, construcciones civiles, instalaciones.
5.1.1 Objetivos generales.
Garantizar Garantizar las actividades productivas productivas a nivel general dentro de la empresa. Capac Capacit itar ar al pers person onal al para para desa desarr rrol olla larr inte integr grac ació ión n y así así obte obtene nerr un comp comple leto to mane manejo jo de programas de mantenimiento predictivo y preventivo.
5.1.2 Objetivos específicos del mantenimiento.
Asegurar la productividad productividad integral integral de la empresa.
Asegurar la disponibilidad disponibilidad y confiabilidad planeadas planeadas de la función deseada. deseada.
Satisfacer todos todos los requisitos del sistema de calidad de la empresa.
Evitar, reducir, y en en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados. precitados.
Evitar detenciones detenciones inútiles o para de máquinas. máquinas.
Evitar incidentes incidentes y aumentar la seguridad de las personas. personas.
Cumpl Cumplir ir todas todas las norma normas s de segur segurida idad d y medio medio ambie ambiente nte y, maximi maximiza zarr el bene benefic ficio io colec colectivo tivo para para obtener:
Confiabilidad: Es la probabilidad de estar funcionando sin fallas durante un determinado tiempo en unas condiciones de operación dadas.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Mantenibilidad: Es la probabilidad de poder ejecutar una determinada operación de mantenimiento en el tiempo de reparación prefijado y bajo las condiciones planeadas.
Soportabilidad: Es la probabilidad de poder atender una determinada solicitud de mantenimiento en el tiempo de espera prefijado y bajo las condiciones planeadas.
5.2 Tipos de mantenimiento. Se reconocen 3 tipos de mantenimiento son clasificados en:
Mantenimiento preventivo.
Mantenimiento predictivo.
Mantenimiento correctivo.
5.2.1 Mantenimiento preventivo. La finalidad del mantenimiento preventivo es: Encontrar y corregir los problemas menores antes de que estos provoquen fallas. El mantenimiento preventivo se diseñó con la idea de prever y anticiparse a los fallos de las máquinas y equipos.
5.2.2 Mantenimiento predictivo. Se puede definir como mantenimiento predictivo a la ejecución de las acciones de mantenimiento en función del estado técnico real del equipo, a partir de la medición y seguimiento de algún parámetro síntoma y la intervención según niveles deseados y permisibles o de alarma. Por ende, el mantenimiento predictivo es: medición de variables que identifiquen un parámetro, síntoma, cono conocid cido o como como “monit “monitore oread ado o de estad estado” o”.. Este Este monito monitorea reado do de estad estado, o, se ejecu ejecuta ta plani planifica ficand ndo o inspecciones, que son ejecutadas según una frecuencia, prevista en función de las características de la variable en cuestión y el parámetro o síntoma identificado.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
En resumen, el mantenimiento predictivo se ejecuta en función de las mediciones, análisis y diagnósticos ejecutados en los equipos, que caracteriza en este caso la disminución del desempeño.
5.2.3 Mantenimiento Correctivo. El mantenimiento correctivo es entendido como aquellas acciones (planificadas o no) que tienen como objetivo objetivo reestabl reestablecer ecer el nivel nivel de desempeñ desempeño o de un Equipo Equipo/Sis /Sistema tema,, despué después s de la ocurren ocurrencia cia de una falla, falla, que puede ser esperada esperada o no. En función función de este concepto, concepto, podemos podemos identific identificar ar dos factores. factores. Primero, que las acciones y sus elementos pueden ser planificadas o no, lo que implica que se espere la ocurrencia de la falla, con todos los recursos disponibles para su solución, pero no está programada (fecha de ejecución), lo cual marca una diferencia. El segundo factor, es que la ocurrencia de la falla puede ser esperada o no, puesto que se trabaja, en este este caso caso,, el equip equipo/s o/sist istema ema hasta hasta que entre entre en estad estado o de falla, falla, bajo bajo dete determi rmina nada das s condi condicio ciones nes específicas que así lo identifican, fundamentalmente el criterio costo; donde los costos de evitar la falla (planificar una acción preventiva o predictiva) son mucho mayores que el costo de indisponibilidad en que se incurr incurre e si ocurri ocurriera era la no confor conformid midad. ad. Está claro claro que esto esto inclu incluye ye una una ausen ausencia cia de riesgo riesgos s operacionales y a la vida humana, así como riesgos de afectaciones al medio ambiente.
5.3 Clasificación de las fallas. Fallas tempranas. Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje. Fallas adultas. Son las fallas que presentar mayor frecuencia durante la vida útil. Son derivadas de las condiciones de operación y se presentan más lentamente que las anteriores (suciedad en un filtro de aire, cambios de rodamientos de una máquina, etc.) Fallas tardías. Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma lenta y ocurren en la etapa etapa final final de la vida vida del bien bien (enve (envejec jeciimiento miento del del aislam aislamien iento to de un peque pequeño ño motor motor eléc eléctri trico, co, pérdida de flujo luminoso de una lámpara)
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
5.4 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema. 5.4.1 Evaporadores. Todos los evaporadores deben revisarse una vez al mes o más a menudo para obtener un deshielo adecuado, debido a que la cantidad y tipo de escarcha puede variar considerablemente. Lo anterior depende de la temperatura de la cámara, el tipo de producto almacenado, de la frecuencia de almacenaje, el producto nuevo de la cámara y del porcentaje en tiempo que la puerta está abierta. Puede ser necesario cambiar periódicamente el número de ciclos del deshielo o ajustar la duración del deshielo. 5.4.2 Unidades condensadoras/evaporadores. Bajo condiciones normales, le mantenimiento debe cubrir los siguientes puntos por lo menos una vez cada seis meses.
Revise y apriete todas las conexiones eléctricas.
Revise todo el cableado y aislamientos.
Revise el correcto funcionamiento de los contactores y el desgaste de los puntos de contacto.
Revise todos los motores de los ventiladores. Ajuste los pernos de montaje del motor/tuercas y ajustar los tornillos posicionamiento del ventilador.
Limpie la superficie del serpentín del condensador.
Revise el nivel de aceite y refrigerante en el sistema.
Revise el funcionamiento del sistema de control. Asegúrese de que los controles de seguridad estén funcionando adecuadamente.
Revise todos los controles de deshielo estén funcionando adecuadamente.
Limpie la superficie del serpentín del evaporador.
Limpie la charola de drenado y revise que se tenga el correcto drenado en la charola y la línea.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Cheque la resistencia de la tubería dren para una operación adecuada, cortarla del tamaño requerido y fijarla adecuadamente.
5.4.3 Posibles fallas del evaporador y su solución. En seguida se presentan los problemas más frecuentes que impiden el buen funcionamiento de los equipos: Caso 1. “El o los ventiladores no funcionan” Posibles causas:
El interruptor principal se encuentra abierto.
Los fusibles están fundidos.
Motor defectuoso.
Reloj o termostato de deshielo defectuoso.
Se está deshielando el evaporador.
El serpentín no se enfría lo suficiente para restablecer el termostato.
Medidas correctivas posibles:
Cierre el interruptor
Reemplace los fusibles. Revise si hay algún corto circuito o condiciones de sobrecarga.
Reemplace el motor.
Reemplace el componente defectuoso.
Espere a que se complete el ciclo.
Ajuste el termostato de retardador del ventilador, vea la sección del termostato de deshielo.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Caso 2. “La temperatura de cuarto está demasiado alta” Posibles causas:
Calibración demasiado alta del termostato de cuarto.
Sobrecalentamiento demasiado alto.
Serpentín bloqueado o escarchado.
Sistema bajo de refrigerante.
Medidas correctivas posibles:
Ajustar el termostato.
Ajustar la válvula de expansión termostática.
Agregue refrigerante. Deshile
el serpentín
manualmente.
Revise que
los
controles
de deshielo funcionen
correctamente. Caso 3. “Acumulación de hielo en el techo, alrededor del evaporador y/o guardas del ventilador, Venturi y hojas del ventilador” Posibles causas:
Duración de deshielo demasiado alto.
El retardador del ventilador no retarda los ventiladores después del periodo de deshielo.
Reloj o termostato del deshielo defectuoso.
Demasiados deshielos.
Medidas correctivas posibles:
Ajustar el termostato de terminación de deshielo.
Termostato de deshielo defectuoso o mal ajustado.
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Reemplace el componente defectuoso.
Reduzca el número de deshielo.
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Caso 4. “Serpentín escarchado o bloqueado durante el ciclo de deshielo” Posibles causas:
Temperatura del serpentín no alcanza una temperatura superior al punto de congelación durante el deshielo.
Insuficientes ciclos de deshielo por día.
Ciclo de deshielo demasiado corto.
Reloj o termostato defectuoso.
Medidas correctivas posibles:
Revise el funcionamiento de las resistencias.
Ajuste el reloj para más ciclos de deshielo.
Ajuste el termostato de deshielo o reloj para ciclos más largos.
Reemplace el componente defectuoso.
Caso 5. “Acumulación de hielo en la charola de drenado” Posibles causas:
Resistencia defectuosa
Inadecuada inclinación de la unidad.
Línea de drenado tapad.
Resistencia de la línea de drenado defectuosa.
Reloj o termostato defectuoso.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Medidas correctivas posibles:
Reemplace la resistencia.
Revise y ajuste si es necesario.
Limpie la línea de drenado.
Caso 6. “Congelación del serpentín inesperado” Posibles causas:
Resistencia defectuosa.
Localización del evaporador muy próxima a la puerta o a la entrada.
Ajuste del deshielo bajo el tiempo de terminación del deshielo.
Medidas correctivas posibles:
Cambie la resistencia.
Reubique el evaporador.
Suba más alto el ajuste del control de terminación del deshielo.
5.4.3 Posibles fallas de la unidad condensadora y su solución. Caso 1. “El compresor no funciona” Posibles causas:
Interrumpir principal abierto. Fusible fundido.
Los protectores térmicos de sobrecarga abren.
Contactor o bobina defectuosa.
No se requiere enfriamiento.
El solenoide de la línea de líquido no abre.
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Problemas en el motor eléctrico.
El cableado esta suelto.
Monitor de caída inoperante.
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Medidas correctivas posibles:
Cierre el interruptor.
Revise si hay algún corto circuito o toma a tierra en los circuitos eléctricos o el embobinado del motor. Investigue la posibilidad de descarga. Cambie el fusible después de haber corregido el problema.
Los protectores de sobrecarga se reemplazan automáticamente. Examine la unidad rápidamente una vez que esta vuelva a operar.
Repare o reemplace.
Determine el tipo y la causa del paro y solucione el problema antes de restablecer el interruptor de seguridad.
Ninguna. Espere hasta que lo vuelva a requerir.
Repare o reemplace la bobina.
Revise si el motor tiene desconexiones, corto circuito o está quemado.
Revise todas las uniones del cableado. Apriete todos los tornillos terminales.
Caso 2. “Compresor ruidoso o vibra” Posibles causas:
Soporte inadecuado de las tuberías de la línea de líquido y su succión.
Compresor deteriorado o desgastado.
Rotación invertida del compresor o scroll.
Medidas correctivas posibles:
Vuelva a colocarla, elimine o añada abrazaderas según sea necesario.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Reemplácelo.
Recablee para cambiar de fase.
Caso 3. “Presión de descarga alta” Posibles causas:
Gases no condensables en el sistema.
Sistema de sobrecargado de refrigerante.
Válvulas de servicio de descarga parcialmente cerrada.
El ventilador no funciona.
Control de alta presión mal calibrado.
Serpentín del condensador sucio.
Medidas correctivas posibles:
Elimine los gases no condensables.
Elimine excesos de refrigerante.
Abra la válvula completamente.
Revise el circuito eléctrico.
Ajuste.
Límpielo.
Caso 4. “Presión de descarga baja” Posibles causas:
Regulación incorrecta de la temperatura del condensador.
La válvula de servicio de succión se encuentra parcialmente cerrada.
No hay suficiente refrigerante en el sistema.
Presión de succión baja.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Funcionamiento variable de la válvula de la presión del lado de alta.
Medidas correctivas posibles:
Compruebe el funcionamiento del control del compresor.
Abra la válvula completamente.
Revise contrafugas del sistema. Repare y agregue refrigerante.
Consulte las medidas correctivas indicadas para caso de presión de succión baja.
Revise el ajuste de la válvula.
Caso 5. “Presión de succión alta” Posibles causas:
Carga excesiva. Sobrealimentación de la válvula de expansión.
Medidas correctivas posibles:
Reduzca la carga o agregar más equipo.
Revise el bulbo sensor. Regule el sobrecalentamiento.
Caso 6. “Presión de succión baja” Posibles causas:
Falta de refrigerante.
Evaporador sucio o escarchado.
Filtro deshidratador de la línea de líquido obstruido.
Línea de succión o filtros del gas de succión de compresor obstruido.
Mal funcionamiento de la válvula de expansión.
Temperatura de condensación demasiado baja.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Medidas correctivas posibles:
Revise contrafugas al sistema, repare y agregue refrigerante. Límpielo.
Cambie él o los cartuchos.
Limpie los filtros.
Revísela y vuelva a ajustarla para el calentamiento adecuado.
Revise los accesorios para regulación para la temperatura de condensación.
Caso 7. “Presión de aceite baja o inexistente” Posibles causas:
Filtro de succión de aceite obstruido.
El interruptor de seguridad para la presión baja del aceite está defectuoso.
Bomba de aceite deteriorada o desgastada.
El mecanismo de inversión de la bomba de aceite está bloqueado en una posición incorrecta.
Los cojinetes están desgastados.
Bajo nivel del aceite.
Conexiones sueltas o flojas en la línea de aceite.
La junta de la carcasa de la bomba tiene fugas.
Medidas correctivas posibles:
Límpielo.
Reemplácelo.
Cambie la bomba de aceite.
Invierta la rotación del compresor.
Cambie el compresor.
Agregue aceite.
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PROGRAMA DE MANTENIMIENTO
Revise y apriete todas las conexiones del sistema.
Reemplace la junta.
Caso 8. “Pérdida de aceite en el compresor” Posibles causas:
Falta de refrigerante.
Desgaste excesivo de los anillos del compresor.
Inundación de refrigerante en el compresor.
Tuberías o tapas inadecuadas.
Medidas correctivas posibles:
Revise si hay fugas y repórtelas. Agregue refrigerante.
Cambie el compresor.
Mantenga el sobrecalentamiento adecuado en el compresor.
Corrija la tubería.
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CONCLUSIONES
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO CONCLUSIONES
Con este proyecto realizado puedo decir que fue un gran avance dentro del ámbito profesional ya que el panorama antes conocido era muy limitado, porque no teníamos la idea de lo que era hacer un proyecto. Pero conforme avanzamos, fueron saliendo obstáculos, por ejemplo no sabíamos de donde obtener ciertos datos que eran necesarios para llevar a cabo un cálculo sustancialmente necesario ya fuera para el cálculo por producto ó una simple forma de acomodar y estibar el mismo, para poder dimensionar el espacio requerido para almacenar. Es gracias a estos pequeños obstáculos que nos dimos cuenta de que el ingeniero debe conocer las formas y maneras de obtener todo lo que necesita para poder desarrollar cualquier proyecto de la mejor manera. Así pues pudimos constatar que los conocimientos obtenidos en estas aulas son la base de lo que hay en la industria y vida laboral. Además de que nuestro asesor nos enseño que el ingeniero necesita un usar un razonamiento el cual sea lógico, al mismo tiempo que aplica un criterio para poder desarrollar, emplear, obtener y diseñar este tipo de sistemas. ARELLANO MENDOZA JONATHAN Con la presentación del anterior proyecto se mostró de manera sencilla el funcionamiento de un sistema refrigerante, el cual, debido a un gas refrigerante éste puede transformar o cambiar la temperatura de un lugar o instrumentos. Igualmente pudimos hacer la comparación entre refrigerantes para seleccionar el más adecuado para nuestro proyecto, además de que este proyecto nos ayudó a afianzar nuestros conocimientos respecto a la termodinámica, y como esta área de la física está relacionada de manera directa a nuestra vida diaria. 153
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Su optimo funcionamiento depende de nosotros, así como el desarrollo de cualquier proyecto. Con lo anterior está en nuestras manos conocer el montaje y funcionamiento de este principio de enfriamiento, ya que éste es la base para muchos instrumentos de la vida diaria, tales como aires acondicionados, neveras, enfriadores, etc. Es importante este desarrollo académico, ya que es fundamental que como personas que llegaremos a ser profesionales en nuestra área, debemos saber y conocer un poco más o de manera más profunda los procesos o efectos que se producen en nuestro entorno, es decir, la naturaleza misma del mundo. Gracias a esta cátedra, y la posible realización de este proyecto podemos reflejar nuestros conocimientos adquiridos hasta esta parte de la carrera. HERNÁNDEZ MENDOZA FERNANDO El objetivo del proyecto fue llevar a cabo el análisis del proyecto, así como la búsqueda de posibles alternativas disponibles actualmente en el mercado para poder llevar a cabo el diseño del sistema de refrigeración para congelar camarón .Para llevar a cabo dicha tarea se analizarón los distintos componentes necesarios en una instalación de estas características, investigando en detalle cuáles son los puntos a favor y en contra de todos los elementos constitutivos de diferentes marcas de equipos de refrigeración. Para los aspectos más teóricos del proyecto se han consultado numerosos libros y páginas web. La información obtenida se ha sintetizado resumiendo las partes más importantes. En el estudio de las posibilidades en cuanto a sistemas de refrigeración, se ve que hay numerosos sistemas disponibles actualmente y que, dependiendo del dispositivo de enfriamiento del fluido de trabajo, se requerirán unas necesidades de mantenimiento u otras. El criterio de elección entre alternativas fue el económico y funcional. Es decir, se busco la simplicidad en cuanto a funcionamiento y a 154
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prestaciones. Como conclusión importante del proyecto cabe mencionar que la selección de una alternativa viable no se podía realizar hasta que se tuvieran en cuenta todos los elementos que interaccionen en la instalación. Ahora habrá que ver que no interaccionen negativamente entre ellos y que cumplan su función sin alterar las prestaciones de los otros elementos. ESTRADA ESCOBAR DAVID En el presente proyecto se realizo en base a los temas involucrados en el cálculo de un sistema de refrigeración dando énfasis en las condiciones de diseño considerando todos los parámetros como el lugar, producto, cantidad de producto, número de personas que laborarán, etc., así como de los equipos que intervienen en el sistema sin olvidar la necesidad de la investigación por parte del Ingeniero Mecánico responsable del proyecto del tema a tratar, para que de esta manera aporte con soluciones que conlleven a un sistema más eficiente y seguro. Como sabemos, dentro del mundo de la Industria de la refrigeración existen muchas maneras de diseñar un sistema que cumpla los requisitos requeridos por los usuarios, pero sin embargo, no es menos cierto que de todas estas maneras posibles de resolver el problema un gran porcentaje está enmarcado bajo las restricciones económicas. Podemos concluir entonces que una instalación de este tipo involucra el conocimiento del tema que se está tratando y precisa de una investigación por parte de nosotros, además de la ayuda del profesor para poder aportar con sus conocimientos las soluciones más viables y prácticas, para que de esta manera el sistema reúna todo lo indispensable, siendo eficaz para el propósito para el que fue concebido. SERRANO PÉREZ JAVIER 155
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ANEXOS
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Tabla A.1 Corrección de temperatura por efecto solar
I
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Tabla A.2 Espacio, peso y densidad para productos almacenados
II
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Tabla A.3 Características de productos alimenticios
III
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Tabla A.4 Calor disipado por las personas dentro del espacio refrigerado
IV
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Tabla A.5 Coeficientes de transmisión de calor
V
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Figura A.1 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco
VI
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Figura A.2 Trazo del diagrama de Mollier para R-22
VII
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Figura A.3 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco por computadora
VIII
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Figura A.4 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 por computadora
IX
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Figura A.5 Catalogo de evaporadores BOHN
X
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XI
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XII
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XIII
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XIV
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XV
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XVI
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Figura A.5 Catalogo de unidades condensadoras BOHN
XVII
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XVIII
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XIX
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XX
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XXI
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XXII
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XXIII
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XXIV
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Densidad del camarón en recipientes de almacenaje DENSITY of FRESH and FROZEN SEAFOOD MD. SHAFIUR RAHMAN 1 R.H. DRISCOLL 1 1
Department of Food Science and Technology University of New South Wales P.O. Box 1, Kensington,
NSW 2033 Australia The apparent density varied from 1042 to 1093 kg/m3 and 972 to 1017 kg/m 3 for fresh seafood at 20C and frozen seafood at -30C, respectively. the apparent density of frozen squid mantle meat decreased from 1062 to 990 kg/m3 when temperature varied from -1.5 to -40C. http://www3.interscience.wiley.com/journal/119271951/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0 Cold-Storage Systems > Special Cold Store Doors
Figura A.6 Puertas para cámaras de refrigeración marca HERCULES
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Infitting Hinged - Overlap Freezer - Horizontal Sliding -Bi-Parting Horizontal Sliding - Vertical Lift Sectional Overhead -Special Applications. The Hercules Infitting Hinged Door is used for hand truck and personnel traffic in buildings where environment control is necessary. It is suitable for interior and exterior uses. For larger openings a two panel hinged door is available. Height Width
2´6" 2´
2´6"
3´
3´6"
6´6"
7´
8´
4´
4´6"
5´6"
Thickness
4"
6"
R-Value
33
50
Insulation
Foamed-in-place polyiso CFC-free
Door Panel
Structural frame consists of kiln-dried straightgrained Douglas Fir rails and plywood stiles clad with the specified metal; the core is injected with foamed-in-place polyurethane. All seams are sealed.
Casings
Kiln-dried Douglas Fir saturated in a wood perservative solution and clad with specialized metal
Metal
26-ga. G-90 galvanized steel, mill finish, stucco embossed, smooth painted
Paint
Imperial white PPG Durafin 2000(tm) High Performance Coating, USDA accepted, warranted for 20 years in areas requiring heavy wash down (subject to terms and conditions of coating warranty agreement).
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Base con ruedas Marca: P.S.A. PLAST Ref.: 9654_ Equipada con ruedas de ø100, para cajas y contenedores de 600 x 400 mm o para cajas
Ref.787_ _. Información detallada del producto Base con ruedas Base con ruedas para cajas y contenedores de 600 x 400 mm, o para cajas Ref. 787__.Para facilitar el desplazamiento de cajas y contenedores.
Dimensiones útiles (L x An)
600400 mm
Caja para la industria agroalimentaria Marca: P.S.A. PLAST Modelo: 600 x 400 mm
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Para la industria agroalimentaria disponible en 12 versiones Información detallada del producto Caja para la industria agroalimentaria Permite una buena circulación del aire, incluso cuando está apilada en las cámaras frigoríficas. Adecuada para el transporte y almacenaje de una amplia gama de productos (pan, dulces, quesos, carne, frutos, legumbres, etc.). Disponible en 12 versiones distintas (3 alturas de apilado, paredes y fondo, llenos o rejados). Las versiones 9612_, 9615_, 9616_ y 9617_ son estándar y están disponibles para entrega inmediata. Dimensiones de acuerdo con las normas Europeas para apilado en paletas. Base con ruedas (Ref. 9654_) y Tapa Universal 600 x 400 mm (Ref. 3006_) disponibles. Fabricada en polipropileno copolímero de alta resistencia al impacto, adecuada para contacto con alimentos.
Bajo pedido: personalización con su nombre, dirección o logotipo. Medidas exteriores (L x An x Al)
Según modelo Según modelo
Medidas interiores (L x An x Al)
Versión Toda rejada
Dimensiones exterioresDimensiones interiores Tipo de canto eferencia (L x An x Al) (mm) (L x An x Al) (mm) 600 x 400 x 59
580 x 380 x 57 XXVIII
Sin cantos
9610_
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Toda cerrada
Fondo cerrado Lados rejados
Fondo rejado Lados cerrados
600 x 400 x 77
580 x 380 x 75
Cantos bajos
9611_
600 x 400 x 92
580 x 380 x 90
Cantos altos
9612_
600 x 400 x 59
580 x 380 x 57
Sin cantos
9613_
600 x 400 x 77
580 x 380 x 75
Cantos bajos
9614_
600 x 400 x 92
580 x 380 x 90
Cantos altos
9615_
600 x 400 x 59
580 x 380 x 57
Sin cantos
9616_
600 x 400 x 77
580 x 380 x 75
Cantos bajos
9617_
600 x 400 x 92
580 x 380 x 90
Cantos altos
9618_
600 x 400 x 59
580 x 380 x 57
Sin cantos
9631_
600 x 400 x 77
580 x 380 x 75
Cantos bajos
9632_
600 x 400 x 92
580 x 380 x 90
Cantos altos
9633_
Tabla A.7 Tabla para selección de la caja de almacenamiento del camarón
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REFERENCIAS (I)* CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Caridea http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgibin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 (II)* TAXONOMIA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De: http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 (III)* RELEVANCIA COMO ALIMENTO (2008) Documento recuperado el 25 de marzo De: http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 (IV)* HIELO FLUIDO (2008) Documento recuperado el 4 de fecrero de 2008 De http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 (V)* APLICACIONES (2008) Documento recuperado el 10 de febrero de 2008 De http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 (VI)* GRANJAS DE CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 15 de febrero de 2008 De http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 (VII)* EN MEXICO ZONAS DE PESCA DEL CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 22 de febrero de 2008 De:http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8 http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/081/htm/sec_6.htm (VIII)* (XIX) CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS DE MEXICO (2008) Documento recuperado el 28 de febrero de 2008 De http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/081/htm/sec_6.htm (X)* (XI)* TERMODINAMICA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
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(XII)* PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA (2008) Documento recuperado el 3 de abril de 2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica (XIII)* SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA (2008) Documento recuperado el 28 de marzo de 2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica (XIV)* ENTALPÍA (2008) Documento recuperado el 26 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa (XV)* ENTROPÍA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(informaci%C3%B3n) (XVI)* FUERZA (2008) Documento recuperado el 25 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza (XVII)* TEMPERATURA (2008) Documento recuperado el 30 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura#Definici.C3.B3n_formal (XVIII)* MATERIA (2008) Documento recuperado el 28 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Materia (XIX)* ENERGÍA(2008) Documento recuperado el 4 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa (XX)* SUSTANCIA PURA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia (XXI)* SISTEMA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema (XXII)* VOLUMEN (2008) Documento recuperado el 7 de abril de 2008 De:
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http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica) (XXIII)* VOLUMEN ESPECIFICO (2008) (XXIV)* VOLUMEN ESPECIFICO PARA
UN GAS IDEAL
(2008) Documento recuperado el 20 de marzo de 2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADfico (XXV)* MASA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Masa (XXVI)* PRESIÓN (2008) (XXVII)* PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2008) Documento
recuperado el 2 de
abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n (XXVIII)* PRESIÓN MANOMÉTRICA (XXIX)*PRESIÓN ABSOLUTA (2008) Documento recuperado el 8 de abril de 2008 De http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml (XXX)* ESTADO DE LA MATERIA (2008) Documento recuperado el 29 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia (XXXI)* CALOR (2008) Documento recuperado el 4 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Calor (XXXII)* CONDUCCIÓN (2008) (XXXIII)*CONVECCIÓN (2008) (XXXIV)* RADIACIÓN (2008) Documento recuperado el 25 de febrero de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_t%C3%A9rmica (XXXV)*CALOR ESPECIFICO (2008) Documento recuperado el 6 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico (XXXVI)*CALOR SENSIBLE (2008) Documento recuperado el 10 de marzo de 2008 De http://www.diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=es&base=arquitectura&page=showid&id=1105
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(XXXVII)*CALOR LATENTE (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_de_vaporizaci%C3%B3n (XXXVIII)* CALOR TOTAL (2008) (XXXIX)*CALOR LATENTE DE FUSIÓN (XL)*CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De http://www.geocities.com/Colosseum/Slope/1616/Quimica/termo.html (XLI)* CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN (2008) Documento recuperado el 11 de abril de 2008 De http://www.astromia.com/glosario/sublimacion.htm (XLII)* TONELADA DE REFRIGERACIÓN (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_de_refrigeraci%C3%B3n (XLIII)* REFRIGERANTE (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido_refrigerante (XLIV)* TEMPERATURA DE SATURACIÓN (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor (XLV)* VAPOR SOBRECALENTADO (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria industrial/respuestas/1723288/vapor-sobrecalentado-o-saturado (XLVI)* LIQUIDO SUBENFRIADO (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De http://www.inmecanica.com/termo/termo.html (XLVII)* PUNTO DE EBULLICIÓN (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3n (XLVIII)*PUNTO DE FUSIÓN (2008)* Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De
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