Diseño del cuarto frio.
Introducción En la actualidad los sistemas de refrigeración utilizados en Nicaragua para la distribución de productos alimenticios, en especial el pollo, se utilizan en industrias, para refrigerar el producto. Este producto se dist distri ribu buye ye y co come merc rcial ializ iza a dent dentro ro del del país país,, prin princip cipal alme ment nte e en los los departamentos. Es por ello que surge el diseño de los cuartos fríos con una capacidad acorde al consumo de este producto, utilizándose materiales y equipos que estarán en concordancia con la tecnología en Nicaragua. El pollo es un alimento rico en proteínas de alto valor biológico, el más comú co múnm nmen ente te utili utiliza zado do en ali alime ment ntac ació ión n huma humana na.. Es un exce excelen lente te alimento teniendo en cuenta la relación calidad- precio. Además nos aporta nutrientes principalmente proteínas etc. Nuestro material aislante de polietileno es lo más avanzados para la construcción de cámaras frigoríficas. Esto se traduce en una reducción perceptible de los costos de operación, debido al alto valor aislante que perm permit ite e una una redu reducc cció ión n co cons nsid ider erad ada a de ener energí gía. a. Adem Además ás pose posee e excelente rigidez estructural, estabilidad dimensional y una densidad uniforme. El manejo de la temperatura es un arma muy importante para regular el mantenimiento del pollo. Además, una capacidad inadecuada de vent ventila ilació ción n dent dentro ro de una una ca case seta ta pued puede e resu resulta ltarr en prob proble lema mass de Stress por calor.
La medición diaria o el examen de la calidad del aire, la temperatura, amonio y polvo es una información importante. El presente informe muestra los parámetros de diseño, el cálculo de carga térmica, selección de materiales, equipos y accesorios.
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Diseño del cuarto frio.
Objetivos Objetivo General: •
Diseñar un cuarto frio para almacenar pollo.
Objetivos Específicos: •
Dimensionar los cuartos fríos para almacenar 55,000 lb de Pollo.
•
Seleccionar los materiales de construcción del cuarto frio.
•
Calcular la carga térmica del cuarto frio.
•
Seleccionar el equipo de refrigeración para el cuarto frio.
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Dimensionamiento y selección de material de construcción.
Los cuartos fríos son espacios que han sido cerrados herméticamente a través de paredes, piso y techo por materiales aislantes para evitar el flujo de calor desde el exterior. Existen muchos tipos de aislamiento térmicos, actualmente el que mas se utiliza en la industria es el poliestireno debido a que posee el mayor numero de cualidades que lo hacen el aislante apto para su utilización en el aislamiento térmico, además de su amplia disponibilidad en el mercado. El espacio refrigerado dentro de los cuartos fríos se logra a cierta temperatura, por lo que el elemento primario que se enfría es el aire, para esto se utiliza una unidad evaporadora la cual posee un serpentín a la que se le adiciona aletas para ampliar el área de contacto con el flujo de aire, si tiene abanico se le conoce como de circulación inducida. El tipo de transferencia de calor utilizada es la convección forzada, que permite una distribución mas uniforme en la temperatura de los cuartos. De acuerdo al uso y la temperatura, los cuartos pueden ser de enfriamiento, congelación y almacenamiento. El dimensionamiento de estos, esta en dependencia del tipo y cantidad del producto, de las condiciones internas y externas del lugar donde se construyen, del movimiento del producto.
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Selección del aislante.
Es un material que conduce mal el calor, formado por un gran numero de células cerradas conteniendo aire seco en reposo u otros gases. Sirve para proteger recintos enfriados, en el cual existe gran diferencia de temperatura entre el interior y exterior de sus paredes. Los materiales aislantes poseen cierto número de cualidades, aunque el aislante ideal no existe. Estos deberían de poseer las siguientes cualidades: 1. Ligero y / o higrocospico. 2. Imputrescible. 3. Inodoro. 4. Neutro. 5. Ininflamable e ignifugo. 6. Plástico 7. Resistente a la presión 8. Resistente al apilamiento
9. No servir de alimento a los roedores. 10.
Poco permeable al vapor de agua.
Ningún material esta en posesión de todas estas cualidades, por lo que en la selección del aislante se buscara aquel que se adapte a las condiciones que se presentan en el diseño de los cuartos y a la existencia que halla en el país; sobre todo al tomar en cuenta las condiciones económicas locales Elaborado por 5M1 Mecánica.
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En Nicaragua, estos tipos de materiales se importan debido a que no se producen en el país. Aunque existe una gran variedad de tipos, la selección de aislantes se reduce un tipo de aislante el cual se adapto a las condiciones del diseño y que las empresas competentes pueden suministrar: •
Poliestireno.
El poliestireno es un material celular obtenido de un producto base expandible que comercialmente es denominado ¨Styropor¨ por la firma Badische Anilin and Soda Fabrick. Se representa bajo la forma de perlas blancas obtenidas por la polimerización de las perlas de estireno. Su fabricación se obtiene por moldeo en bloques por vía húmeda, y por producción continua por vía seca. Resiste bien a la difusión del vapor y la absorbe muy poco, son imputrescibles y totalmente inodoros.
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Dimensiones del empaque, y del cuarto frio.
1. Producto: 55,000 lb. de pollo. 2. Duración de almacenaje del pollo de 9 a 10 meses.
3. Humedad relativa: 90 a 95 % 4. Empaque: Caja de fibra. 5. Peso: 31 lbs. 6. Dimensiones: 1.73 ft x 0.46ft x 1.51ft 7. 55,000lb/31lbs = 1774 cajas. 8. Separación entre las cajas 1 pulg de cada fila.
9. 16 estantes con 112 cajas cada uno. 10.
Dimensión del cuarto frio 24.66 ft x 24.43 ft x 9.84 ft.
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Calculo de carga térmica.
Calculo de carga para la pared.
Tint=0, F°
Text= 95. F̊
Nota: La temperatura ambiente es a 35°C = 95 ° F pero al estar dentro de un cuarto se resta 5 F siendo 90° F = 32.22C la temperatura exterior. La resistencia que ofrece una pared o un material al flujo de calor es inversamente proporcional a la habilidad de la pared o del material a la transmisión de calor. Entonces, la resistencia térmica total de una pared puede expresarse como el reciproco del coeficiente de transmisión total, mientras que la resistencia térmica de un material especifico puede expresarse como el reciproco de su conductividad o conductancia. Cuando una pared esta construida de varias capa de diferentes materiales, la resistencia térmica total de la pared es la suma de las Elaborado por 5M1 Mecánica.
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resistencias de los diferentes materiales de que esta construida la pared, incluyéndose las películas d aire, esto es: U =
1
f 1
+
x k 1
+
x k 2
+
x k 3
+
x k 4
+
1
f 0
Donde: 1
f 1 1
f 0
, Coeficiente
de convección de pared interior, piso o cielo.
, Coeficiente de convección de pared exterior piso o techo.
Calculo del la Carga Térmica en Estructura.
Área de la pared total: 966 ft2 De la tabla 26 factores de calculo rápido para transmisión de calor a través de paredes aisladas. K= 0.96 Q
= UA∆T
Qpared= 966 ft2 x 0.96 x (90 °F 0°F) Qpared= 83,462.4 Btu (24 horas)
Área del Piso= 249.91 ft2 Qpiso= 602.44 ft2 x 0.96 x (68°F 0°F) Qpiso= 39,327.53 Btu (24 horas)
Carga térmica en el techo.
Área del techo= 887.02 ft2 Qtecho= 602.44 ft2 x 0.96 x (95 °F 0°F) Qtecho= 54,942.52 Btu (24 horas) Elaborado por 5M1 Mecánica.
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Calculo de Carga infiltración por aire.
Uso intenso = 2 Volumen del cuarto frio = 5,928 ft3 De la tabla 27 promedio de cambios de aire en 24 horas para cámaras de almacenaje debido a la apertura de puertas e infiltración. Arriba de los 32 °F Interpolar para un volumen de:500 ft3 =7.2 6000 ft3 = 6.5 5,928 ft3 = 6.6 1
De la tabla 28 calor removido en aire de enfriamiento a las condiciones de cámara de almacenamientos (Btu por ft3) Para una humedad de 50% = 2.64 Qinfiltracion = 5928 ft3 x 6.5 x 2.64 x 2 Qinfiltracion = 203,448.96 Btu (24 horas)
Calculo de Carga Térmica en el Producto
Calculo de la carga del producto.
Cuando el producto entra al espacio de almacenamiento a temperatura mayor que la que se tiene dentro del espacio, el producto cederá calor al espacio hasta que este se enfría a la temperatura que se tiene en l espacio, se calcula por la siguiente ecuación:
Q = mc∆T ∆
De donde m es la cantidad del producto enfriado, lb/ 24 h. Elaborado por 5M1 Mecánica.
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C= calor especifico del producto, por encima del punto de congelación, Btu/lb °f. ∆T = cambio de la temperatura del producto por encima de la congelación de la temperatura inicial a la temperatura final °f.
De la tabla 29 Características del producto alimenticios Del punto de congelación. Qs = 55,000lb x 0.79 (70°f- 27°f) Qs = 1, 868,350 Btu (24 horas) Del punto de congelación: Qs = 55,000lbs x 0.37 (27°f- 0°f) Qs = 549,450 Btu (24 horas)
Calor latente. QL = W x hif = QL = 55,000lbs x 106 Btu/lbs QL = 5,830,000 Btu (24 horas)
Ganancia de calor por cargas varias o suplementarias.
Carga por Iluminación:
3 lámparas. QIlum = 3.4 x watt. QIlum = 3.4 x 240 = QIlum = 816 Btu (24 horas)
Ganancia por personas: Elaborado por 5M1 Mecánica.
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De la tabla 36 Calor disipado por las personas dentro del espacio Refrigerado. Para 0°f = 1300 Btu / h Máximo 2 personas en el cuarto frio. Qpersonas = 2 x 1300 Btu / h Qpersonas = 2600 Btu (24 horas)
Selección del Equipo. Realizando la suma total de todas las cargas térmicas Btu / 24 h
Pared Piso Techo Infiltración por Aire Alumbrado Ganancia por Personas Producto arriba de punto de congelación Abajo del punto de congelación
83,462.4 Btu 39,327.53 Btu 54,942.52 Btu 281,497.78 Btu 816 2600
Calor latente
1, 868,350 Btu 549,450 Btu 5,830,000 Btu
Carga Total
7,028,928. 23 btu
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Dividiendo la carga total entre el número de horas deseado a trabajar el compresor.
7,028,928.23 Btu /20 h = 351,446.41 1 tonelada = 12000 btu. 351,446.41 Btu/h /12000 = 29.28 Ton = 30 Toneladas.
Selección de Evaporador:
Las capacidades frigoríficas de las tablas de selección están referidas a la DT, que es la diferencia entre la temperatura del aire que entra al evaporador y la temperatura correspondiente a la presión del refrigerante a la salida del evaporador. Conocidas la temperatura de cámaras frigoríficas necesarias (Tcf ), la potencia frigorífica que debe suministrarse y la diferencia de temperatura en el evaporador DT.
DT = Tcf – Tev que depende de la humedad relativa deseada para los productos contenidos en la cámara Frigorífica. Ver Anexo. De grafico DT= 5.2 °C Datos: Capacidad Requerida: 103 kw
Humedad relativa: 90% Temperatura de la cámara Frigorífica: -17.77 ° C Fluido Refrigerante = R- 404ª Te = Tcf – Dt Te = - 22.97 °C Modelo del evaporador: ECR-753 Ingresoll- RanHd Ver características comunes pagina 3. Potencia = 6900 w 9 Hp Elaborado por 5M1 Mecánica.
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Selección de la Unidades condesadoras.
Con 9 Hp Scroll Bohn, de 6 ½ a 14 Hp Modelo de baja temperatura R – 404 A/507 Modelo seleccionado: =BZT-0900L6 (ZF40K4E). Ver anexo.
Conclusión
En conclusión la unidad condenadora seleccionada es Modelo BZT0900L6 y modelo de compresor (ZF40K4) con una temperatura de evaporación del 22.97°C. EL evaporador se selecciono un modelo ECR- 753 Ingersoll- Rand.
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