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APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE DIAGNÓSTICOS ENERGÉTICOS DE RAPIDA RECUPERACIÓN A LA PEQUEÑA Y MEDIANA EMPRESA QUE EMPLEE CÁMARAS FRIGORÍFICAS ASESOR: ALUMNO: MARCO ANTONIO MARTINEZ GRANDE México, D. F. a 22 de Noviembre de 2006

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Refrigeracion

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  • APLICACIN DE LA METODOLOGA DE DIAGNSTICOS ENERGTICOS DE RAPIDA

    RECUPERACIN A LA PEQUEA Y MEDIANA EMPRESA QUE EMPLEE CMARAS FRIGORFICAS

    ASESOR:

    ALUMNO: MARCO ANTONIO MARTINEZ GRANDE

    Mxico, D. F. a 22 de Noviembre de 2006

  • La autora de mis das:

    Lupita

    Para ella... La que envejece a mi lado sin mentira,

    dando su vida hermosa por la ma, la que comprende mi alma si me mira,

    y tiene por quererme una mana.

    Dedicado a:

    Mis hermanos:

    Alexis y Luis:

    Con ellos siempre alivio mi soledad, alumbrando mi camino como la luna, juntos hemos forjado eterna amistad,

    en la desdicha y la fortuna.

  • Agradecimientos especiales:

    Al Dr. Juan Jos Ambriz Garca, por las atenciones prestadas para la realizacin del presente seminario de proyectos. Y muy en especial al Ing. Juan Carlos Lpez Pedraza, por su invaluable ayuda y colaboracin.

  • NDICE

    I. PREFACIO i1. INTRODUCCIN 1

    2. TEORA ASOCIADA. 3

    2.1. Descripcin del proceso de enfriamiento 32.2. Refrigeracin comercial 6

    2.2.1. Definicin de almacen frigorfico 62.2.2. Clasificacin de los sistemas de almacenamiento del fro 72.2.3. Parmetros de acondicionamiento interno. 72.2.4. Diseo de sistemas de almacenamiento frigorfico. 72.2.5. Construccin de almacenes frigorficos. 92.2.6. Carga trmica en los almacenes frigorficos. 92.2.7. Equipo e instrumentacin. 12

    2.2.7.1. Evaporadores. 122.2.7.2. Compresores. 142.2.7.3. Condensadores 15

    2.2.8. Refrigerantes. 162.2.9. Control y regulacin de las instalaciones frigorficas. 172.2.10. Desage del agua condensada en los evaporadores. 182.2.11. Aislamiento. 18

    3. CADENA DE FRO. 19

    4. ASPECTOS GENERALES. 21

    4.1. Datos de la empresa. 214.2. Descripcin de la planta. 21

    5. ANALISIS DEL CONSUMO DE ENERGA. 23

    5.1. Energa empleada en la empresa. 235.2. Anlisis del consumo de energa elctrica. 23

    5.2.1. Tarifa contratada 235.2.2. Energa consumida. 255.2.3. Anlisis de la demanda mxima. 275.2.4. Demanda media. 285.2.5. Factor de carga 295.2.6. Factor de potencia. 305.2.7. Pagos por energa elctrica. 30

    5.3. Carga instalada en la empresa 335.4. Anlisis de la carga trmica en las cmaras frigorficas. 34

    5.4.1. Aislamiento actual de las cmaras 345.4.2. Ganancia de calor por paredes 355.4.3. Ganancia de calor por cambios de aire 405.4.4. Ganancia de calor por producto a almacenar 435.4.5. Ganancia de calor por personas en el interior 445.4.6. Ganancia de calor por equipo miscelneo 445.4.7. Ganancia tota de calor 465.4.8. Aislamiento en pisos 46

    5.4.8.1. Anlisis de ahorros 475.4.8.2. Anlisis de costos 47

    6. RECOMENDACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA (ARs) 49AR 1. Sustituir las lmparas fluorescentes actuales por lmparas de alta eficiencia. 49

    6.1.1. Accin recomendada 496.1.2. Descripcin y antecedentes 496.2.3. Costo de implementacin 55

    AR 2. Sustitucin de las lmparas de aditivos metlicos por lmparas de vapor de sodio de alta presin 576.3.1. Accin recomendada 576.3.2. Descripcin y antecedentes 576.3.3. Costos de implementacin 61

    AR 3. Realiza un cambio de tarifa a O-M 626.3.1. Accin recomendada 626.3.2. Descripcin 626.3.3. Anlisis de ahorros 636.3.4. Costos de implementacin 65

    7. BIBLIGRAFA 67

  • I. PREFACIO. Actualmente en Mxico la comercializacin y transportacin de productos perecederos alimenticios se realiza en condiciones no siempre eficientes; grandes mermas y elevados costos son caractersticas comunes en los centros de abasto. Segn las estimaciones ms optimistas, cerca del 45 por ciento de la produccin nacional de frutas y hortalizas se pierden por las malas condiciones de transportacin: por su parte, el abasto de productos crnicos y marinos tambin presenta graves problemas por la ineficiencia de los actuales mtodos de comercializacin. Se ha demostrado que tanto el diseo como la construccin de sistemas de almacenamiento en fro han permanecido en estado incipiente en Mxico, siendo todava pocos los casos en los cuales conceptos nuevos y racionales son considerados y en los cuales las muchas posibilidades de perfeccionamiento tcnico sean experimentadas. La mayor parte de los almacenes frigorficos que existen actualmente en Mxico, se han diseado y construido sin tomar en cuenta las normas bsicas de construccin. Algunos de los problemas ms comunes encontrados son los siguientes:

    Construccin tradicional; De carcter polivalente; Inadecuado manejo interno de productos; Falta de eficiencia en la operacin y utilizacin; Deficiencias en la regulacin y control de los parmetros de acondicionamiento; Bajo aprovechamiento del espacio fro; Equipo obsoleto de enfriamiento; Deficiencias en la relacin produccin/uso del fro; Falta de normatividad; y, Desconocimiento del comportamiento del alimento ante el fro.

    En el presente seminario de proyectos se abordan algunos de estos temas, los cuales estn relacionados principalmente con la implementacin de acciones de pronta recuperacin de la inversin para el ahorro y uso eficiente de la energa. Este estudio se realiz a una empresa destinada al manejo de productos perecederos, la cual cuenta con doce cmaras frigorficas y se encarga de proveer suministros a comedores industriales. As mismo, se tratan temas de carcter trmico ya que esta empresa tiene ya bastantes aos de haber sido creada, siendo sus cmaras frigorficas bastante antiguas.

    i

  • 1

    1. INTRODUCCIN.

    El cometido de la agricultura consiste en la produccin de los comestibles necesarios para la alimentacin de hombres y animales. Una gran parte de aquellos son limitadamente conservables. La tarea de la industria de la alimentacin es aumentar el tiempo de conservacin mediante tratamientos adecuados y permitir as la planificacin del suministro de alimentos, tanto en periodos de paz como, especialmente, en pocas de crisis. Dado el rpido crecimiento de la poblacin de la Tierra, no slo debe perseguirse la transformacin de las zonas desrticas en tierras frtiles por irrigacin, el mejor aprovechamiento de los tesoros de los mares y la mejora de los procedimientos agrcolas, sino que tambin se precisa proteger de la descomposicin los alimentos producidos, conservando su sabor y su valor alimenticio. Por razn de las diferencias de clima y de densidad de poblacin, habr siempre en la Tierra zonas en las que determinados alimentos se produzcan o consuman preferentemente, por lo que la industria debe de cuidarse de que, incluso los alimentos que fcilmente se descomponen, puedan transportarse a grandes distancias sin disminucin de su calidad. Frutas y plantas tropicales son solicitadas tambin en pases nrdicos, carne de Argentina, Australia y Nueva Zelanda se ofrece tambin en el mercado ingls; el pescado tampoco debe faltar en el interior de un pas y la manteca siberiana se transporta hasta el occidente europeo.

    Para conservar utilizables los alimentos se han desarrollado muchos procedimientos, algunos de los cuales datan de muchos siglos, e incluso milenios. Sin embargo, su aplicacin en escala industrial comenz hacia el final del siglo XVIII. Nicols Appert descubri en 1795 el procedimiento de conservacin en latas por esterilizacin al calor y exclusin del aire. Al mismo tiempo se introdujeron los procedimientos de desecacin artificial, que se extendieron rpidamente a los ms distintos alimentos (frutas, verduras, leche, huevos, carne, pescado, etc.). Paralelamente se desarrollaron otros mtodos, como el ahumado, salado, conservacin con vinagre, especias, azcar y diversos productos qumicos.

    Tambin se conoca en la antigedad, que es posible prolongar considerablemente la duracin de los alimentos conservndolos a bajas temperaturas utilizando el fro natural (bodegas subterrneas, manantiales fros, nieve, hielo). Tambin se han utilizado desde hace siglos mezclas frigorficas (nieve con sales y cidos). Las bajas temperaturas pudieron utilizarse en escala tcnica despus de la invencin de mquinas frigorficas, en la primera mitad del siglo XIX; la industria del fro existe ya desde hace unos cien aos. La conservacin de alimentos en fresco es una de las primeras aplicaciones del fro artificial. Pronto se reconoci que las temperaturas por encima de 0C solo garantizan una muy limitada prolongacin de la duracin de muchos productos alimenticios, por lo que ya hacia el ao de 1860 se pas a la congelacin, como consecuencia del inters asociado con el comercio mundial de carne congelada Thomas Sutcliffe y Eugene Dominique Nicolle construyeron en Sidney, en 1861, la primera instalacin para la congelacin de carne que, sin embargo, no tuvo xito econmico. Fue necesario primero que se construyeran barcos provistos con instalaciones frigorficas, capaces de transportar la carne congelada desde los lejanos pases de ultramar hasta los mercados europeos. As, se comenz la construccin de instalaciones frigorficas en 1881 en Londres, y en 1882 se edifica la primera instalacin en Argentina. Una amplia cmara frigorfica construida en Chicago en 1878, dispona al principio solamente de refrigeracin por hielo, hasta que se le acoplaron cmaras frigorficas en 1886. La primera instalacin americana, equipada desde el

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    principio con mquinas frigorficas se construya en 1881 por la Mechanical Refrigeration Co., de Boston; rpidamente se sucedi la construccin de otras instalaciones en diferentes ciudades.

    Consumir energa es sinnimo de actividad, de transformacin y de progreso, siempre que ese consumo est ajustado a nuestras necesidades y trate de aprovechar al mximo las posibilidades contenidas en la energa. Desde las necesidades ms bsicas y primitivas (calentarse con una hoguera o cocinar los alimentos), a las ms modernas y sofisticadas (conservar esos mismos alimentos durante varios meses o enviar mensajes por escrito a travs de un fax), la mejora de las condiciones de vida de los hombres o de su nivel de bienestar han exigido siempre disponer de un excedente de energa que pudiese ser consumido.

    En ciertos procesos industriales, la refrigeracin juega un papel muy importante puesto que generalmente el buen funcionamiento de estos equipos condiciona la continuidad de un proceso productivo y conservacin de productos perecederos; adems, como son equipos que operan durante las 24 horas del da, debe tenerse especial atencin en el mantenimiento de stos; el paro continuo de las mismas aumenta considerablemente los costos por prdidas en la falta de produccin, ciclos de mquinas ms lentos por falta de enfriamiento y alimentos y otros perecederos que son desechados por descomposicin. En el caso del sector comercio, durante el almacenamiento, transporte, exhibicin de productos perecederos, principalmente alimenticios, se producen prdidas importantes de tales mercancas, debido entre otros factores, al manejo inadecuado de los sistemas de refrigeracin.

    El incremento constante en los costos de los energticos a nivel mundial ha originado que se tomen acciones para balancear los costos de produccin en industrias y la optimizacin de los consumos energticos. La refrigeracin industrial dedicada a la conservacin de alimentos y otros productos perecederos representa un gran porcentaje de la energa que se destina a la produccin de fro. En general, la conservacin de los alimentos no confiere al producto operaciones de transformacin, siendo ms costosa la produccin de fro cuanto ms baja es la temperatura, por lo que los costos de la energa utilizada llegan a ser muy importantes en el precio final del producto.

    Un principio esencial para el ahorro de energa consiste en conocer cmo funcionan los equipos y aparatos, los diferentes tipos de energa que consumen y el distinto aprovechamiento que podemos obtener de ellos. Es por esto que un mtodo para conocer una forma de ahorrar la energa elctrica es implementar una auditora energtica, la cual tiene por objeto el establecer un perfil de consumo de energa en funcin del tiempo. Este perfil no debe ser solamente de tipo global, es decir aplicado a todo un conjunto de instalaciones, sino que es conveniente hacerlo pormenorizado por sistemas o grupos de instalaciones importantes que convenga analizar con cuidado. En general, puede obtenerse directamente un perfil global del consumo de energa elctrica sin ms que recurrir a las facturaciones de las compaas de suministro. En muchos casos ser fcil separar de este perfil la parte destinada a maquinaria de produccin, si se tiene la precaucin de mantener un sistema independizado de conteo de energa elctrica. Si esto no es as, convendr hacer una estimacin que permita construir el perfil de energa de los sistemas de produccin de fro. Resumiendo, es importante modificar de modo adecuado las instalaciones elctricas con el fin de permitir la contabilizacin de los consumos elctricos de los sistemas de produccin de fro.

  • 3

    2. TEORA ASOCIADA. 2.1. Descripcin del proceso de enfriamiento. La refrigeracin es el proceso de producir fro, en realidad, extraer calor. Para producir fro lo que se hace es transportar calor de un lugar a otro. As, el lugar al que se le sustrae calor se enfra. Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para transferir calor, para crear diferencias de temperatura se requiere energa. El mtodo convencional y ms utilizado de refrigeracin, es por compresin. Mediante energa mecnica se comprime un gas refrigerante. Al condensar, este gas entrega el calor latente que antes, al evaporarse, haba absorbido a un nivel de temperatura inferior. Para mantener este ciclo se emplea energa mecnica, generalmente mediante energa elctrica. Dependiendo de los precios de la electricidad, el proceso de refrigeracin puede ser costoso. Un ciclo simple frigorfico comprende cuatro procesos fundamentales: Compresin: Por la accin del compresor, el vapor resultante de la evaporacin es aspirado por el evaporador por la lnea de succin hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presin, la temperatura y la entalpa del vapor aumentan considerablemente gracias a un trabajo externo suministrado al compresor por un elemento motriz. El vapor sale por la lnea de expulsin, (Figuras 2.1 y 2.2, estados 1-2). Condensacin: El vapor atraviesa la lnea de expulsin hacia el condensador donde libera el calor hacia sus alrededores. Una vez que el vapor ha prescindido de su calor adicional, su temperatura se reduce a la de saturacin que corresponde a su nueva presin. Con la liberacin del calor, el vapor se condensa completamente. As mismo, el condensador extrae del refrigerante una cantidad de calor equivalente a la disminucin de entalpa experimentada por el fluido, desde que entra en forma de vapor recalentado, hasta que sale en forma de lquido, (Figura 2.1 y 2.2, estados 2-3). Expansin: El ciclo de expansin ocurre entre el condensador y el evaporador, en efecto, el refrigerante lquido entra en el condensador a alta presin y a alta temperatura, y se dirige al evaporador a travs de la vlvula de expansin o dispositivo de estrangulamiento. La presin del lquido se reduce sbitamente a la presin de evaporacin cuando el lquido cruza dicha vlvula, entonces el refrigerante entra en el evaporador a temperatura de saturacin y ser en este lugar donde se enfriar. Una vez que ha disminuido su temperatura en el proceso de expansin, este enfriamiento del refrigerante es el que se aprovecha como foco fro en el proceso, (Figuras 2.1 y 2.2, estados 3-4). Evaporacin: En el evaporador, el lquido se vaporiza a presin y temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el medio circundante. Todo el refrigerante se vaporiza hasta llegar al estado de vapor saturado pero la presin se mantiene constante, que es justamente el estado de entrada al compresor, cerrndose as el ciclo termodinmico, (Figuras 2.1 y 2.2, estados 4-1).

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    Figura 2.1. Diagrama esquemtico del ciclo de refrigeracin.

    La similitud entre este ciclo y el ciclo Rankine es evidente, ya que se trata del mismo ciclo, pero invertido, excepto que una vlvula de expansin reemplaza a la bomba. Este proceso de estrangulamiento es irreversible e isoentlpico, mientras que el proceso de bombeo del ciclo Rankine es reversible. La divergencia de este ciclo ideal con el ciclo de Carnot 1'-2'-3-4'-1' es notoria en el diagrama T S (Figura 2.2). La razn de la divergencia es que es mucho ms conveniente tener un compresor que opere slo vapor y no una mezcla de lquido y de vapor, como sera necesario durante el proceso 1'-2' del ciclo de Carnot.

    Figura 2.2. Diagrama T-S del ciclo de refrigeracin.

    Es virtualmente imposible comprimir (en una relacin razonable) una mezcla tal, como la representada por el estado l', y mantener el equilibrio entre el lquido y el vapor, porque ah debe haber un calor y una masa transferida a travs de los lmites de fase. Es mucho ms sencillo que el proceso de expansin tenga lugar irreversiblemente en una vlvula de expansin, que lo haga en un dispositivo de expansin, que reciba lquido saturado, y descarga una mezcla de lquido y de vapor, como se necesitara en el proceso 3-4'.

  • 5

    Dado que se trata del ciclo ideal se supondr que:

    - Se aspiran en el compresor vapores en el estado de vapor saturado. - Se realiza una compresin adiabtica pura. - El lquido no se subenfra en el condensador ni en el depsito de lquido. - No existen prdidas de carga en la instalacin. - Solo hay intercambio de calor en el evaporador y el condensador.

    Las condiciones de trabajo estn dadas por:

    Pe, Te = Presin y temperatura de evaporacin. Pc, Tc = Presin y temperatura de condensacin.

    Figura 2.3. Diagrama P-h del ciclo de refrigeracin.

    El anlisis de los procesos en estas condiciones y para los puntos del ciclo de refrigeracin es (Figura 2.3): Compresin estados 1 - 2. El refrigerante en forma de vapor saturado recibe un aporte de energa externa de compresin. El fluido aumenta su presin de Pe, hasta Pc, de forma isoentrpica. La energa absorbida es de: W = h2-h1 (2.1) Condensacin estados 2 - 3. El refrigerante que sale del compresor se enfra a presin constante y se condensa hasta lquido saturado. La cantidad de calor que hay que ceder al medio condensante es: Qc = h2-h3 (2.2) Expansin estados 3 - 4. El lquido saturado a temperatura T3 y presin Pc, llega a la vlvula de estrangulacin donde se expande sbitamente. Esta transformacin es isoentlpica y por lo tanto: h3 = h4 (2.3)

  • 6

    Evaporacin estados 4 - 1. El refrigerante al llegar al evaporador es una mezcla de lquido-vapor a presin Pe y temperatura Te, debido al calor del sistema a enfriar el lquido se vaporiza, as mismo utiliza el calor latente de vaporizacin del refrigerante. Con esto el ciclo nuevamente se repite. La cantidad de calor absorbida del medio es: Qe = h1-h4 (2.4) La potencia frigorfica ser la cantidad de calor extrada de la fuente fra. La relacin entre esta ltima y la potencia especfica aportada al sistema se le denomina eficiencia, efecto frigorfico o COP (Coefficient of Performance) y se puede expresar como: ( )

    ( )1241

    hhhh

    WqCOP c

    == (2.5) 2.2. Refrigeracin comercial. 2.2.1. Definicin de almacn frigorfico. El Instituto Internacional del Fro define como almacn frigorfico a un edificio destinado al almacenamiento de determinados productos (especialmente alimenticios de carcter perecedero), a regimenes especialmente de temperatura e hidrometra, a veces incluso en atmsfera artificial, que no pueden obtenerse en almacenes ordinarios sin aislamiento ni instalaciones frigorficas, (Figura 2.4).

    Figura 2.4. Elementos del acondicionamiento, diseo, construccin y utilizacin de sistemas de almacenamiento en fro.

  • 7

    2.2.2. Clasificacin de los sistemas de almacenamiento del fro. Los sistemas de almacenamiento se clasifican:

    Segn la temperatura de almacenamiento: almacn de conservacin para producto refrigerado y de conservacin para producto congelado;

    Segn la naturaleza de los productos; almacn frigorfico monovalente o polivalente;

    Segn la prestacin de servicios; almacn frigorfico privado o pblico; Segn su funcin econmica: almacn frigorfico de produccin, de distribucin y

    de consumo. 2.2.3. Parmetros de acondicionamiento interno. Los principales parmetros de acondicionamiento que influyen en la vida til de los productos perecederos en los sistemas de almacenamiento en fro se muestran en la figura 2.5.

    Figura 2.5. Acondicionamiento interno.

    2.2.4. Diseo de sistemas de almacenamiento frigorfico. Un almacn frigorfico, constituido fundamentalmente por uno o varios locales aislados trmicamente y con equipo de enfriamiento, tiene por finalidad asegurar todo un conjunto de servicios, por lo que es importante analizar cada uno de los puntos necesarios para realizar un proyecto frigorfico de cualquier dimensin.

    Temperatura Naturaleza del producto, Temperatura mnima, Temperatura diferenciada, Temperatura alternada.

    Velocidad y cantidad de aire en movimiento Carga trmica, Dimensiones internas, Modalidad de estibamiento, Distribucin del aire.

    ACONDICIONAMIENTO INTERNO

    Recambios de aire.

    Lavados del aire.

    Grado Higromtrico

    Naturaleza del producto;

    Diferencia de temperaturas (Tc y To); Mtodos de regulacin

    directos, indirectos.

    Modalidad de

    estibamiento.

    Incompatibilidad de conservacin de

    diferentes especies.

  • 8

    Corresponde al proyectista definir, muy claramente y con todo detalle, los servicios que se esperan del almacn y las condiciones del entorno. Estas informaciones, que forman la parte tcnica del pliego de condiciones, se refieren especialmente a:

    a) Productos; b) Condiciones de almacenamiento; c) Almacn; d) Entorno; e) Disponibilidad local de mano de obra;

    Para el dimensionamiento interno se deben tener en cuenta:

    1. Naturaleza del producto; 2. Cantidad mxima de producto a almacenar; 3. Densidad de almacenamiento; 4. Manejo interno de producto, envases, embalajes, elementos de estibamiento,

    manual, mecnico, etc., 5. Patrn de estibamiento, con convertidores, racks, estanteras fijas, etc.

    Una decisin importante es la de definir si se dimensionan almacenes de pequea o gran capacidad. Los almacenes de grandes dimensiones son ms econmicos, en el aspecto de que son menores los gastos de construccin por unidad de volumen, pero en stos es fcil encontrar una ventilacin irregular y temperaturas no uniformes, difciles de llenar en breve tiempo e irregularidades en el acomodo del producto. Por otra parte, los almacenes pequeos resultan poco convenientes sea desde el punto de vista constructivo, como administrativo. Adems, la forma y dimensiones del frigorfico guardan relacin con la velocidad de deshidratacin del producto. En proporcin con la cantidad de productos que contienen en un almacn pequeo penetra ms calor que en uno grande, porque su volumen aumenta ms que el rea de su superficie. Por esto es ms probable que un almacn grande ofrezca mejores condiciones de almacenamiento que dos ms pequeas de la misma capacidad. Para reducir al mnimo el paso del calor por el aislamiento, la forma ideal sera un cubo, que combina el mayor espacio de almacenamiento con la menor rea de superficie, los productos pueden estibarse hasta alturas mayores de ocho metros, utilizando montacargas apropiados; los lmites a las alturas de los almacenes estn determinados por los medios de manejo interno del producto y por la utilizacin de envases, embalajes, tarimas, etc. Hay que tener en cuenta que la altura de un almacn es igual a la altura de la estiba de los productos ms un espacio de 0.8 a 1.2 m para tener una buena circulacin del aire. La longitud y el ancho del almacn estarn en funcin de las condiciones de explotacin prevista y del tipo de equipo de enfriamiento interno que se adopten. Para mantener una adecuada circulacin del aire con la consecuente uniformidad de las condiciones internas y para facilitar el dimensionamiento interno de los almacenes, normalmente se deben de considerar los siguientes espacios libres:

    - Entre pared y estiba: de 0.20 a 0.40 m; - Entre estiba y estiba: de 0.10 a 0.20 m; - Pasillo interno, depende del mtodo de manejo interno de productos.

  • 9

    2.2.5. Construccin de almacenes frigorficos. Los factores de carcter tcnico y econmico que se relacionan con el diseo y construccin son:

    a) Funcionalidad, es decir, que se disponga de un almacenamiento frigorfico con los requerimientos de construccin necesarios que faciliten el manejo y control del producto almacenado;

    b) Tecnolgicos, que cuente con el sistema de produccin de fro adecuado a las condiciones de operacin;

    c) Versatilidad, que el sistema pueda operar en condiciones diferentes de humedad relativa (HR), temperatura (T), etctera, de acuerdo con el tipo de producto almacenado;

    d) Esttica, que satisfaga las demandas actuales de diseo de acuerdo con el tipo de construccin que se disponga;

    e) Econmicas, que la inversin requerida sea costeable. Actualmente los almacenes se construyen de una sola planta, por motivos de ahorro de inversiones y para facilitar el manejo de los productos, as como su explotacin. Las caractersticas constructivas dependen en gran medida de:

    La naturaleza del terreno; De la zona de localizacin; De la orientacin al interior de la planta; De los materiales de construccin disponibles en la regin.

    Segn la construccin y estructura de los almacenes frigorficos, stos se clasifican en dos tipos:

    Almacenes frigorficos de construccin clsica; y, Almacenes frigorficos prefabricados.

    2.2.6. Carga trmica en los almacenes frigorficos. Existen tres mecanismos fundamentales para la transferencia de calor: conduccin, conveccin y radiacin Conduccin. Las molculas, por su movimiento, transportan energa entre ellas (Figura 2.6). Se rige por la ley de Conduccin de Calor de Fourier la cual dice que cuando existe un gradiente de temperatura en un cuerpo, hay una transferencia de energa en la regin de alta temperatura a la de baja temperatura, as decimos que la energa es transferida por conduccin y que su rapidez de transferencia por unidad de rea es proporcional al gradiente normal de temperatura: Ley de Fourier: Q=kA(dt/dx); (2.6) Donde k es la constante de conductividad trmica de cada material.

  • 10

    Este principio se utiliza para la determinacin de los espesores (L) de los aislamientos.

    Figura 2.6. Transferencia de calor por conduccin.

    De esta manera de la ecuacin (2.6) se tiene: Q=kA(Text-Tint)/L (2.7) Siendo: A = rea [=] ft2 L = Espesor del aislamiento [=] ft k = Conductividad trmica [=] BTU/Hrft2F Text = Temperatura externa [=] F Tint = Temperatura interna [=] F Conveccin. La conveccin del flujo de calor es cuando ste es transmitido o transportado por un gas (que puede ser aire) o un lquido. La conveccin puede ser forzada como es en el caso del uso de un ventilador, pudiendo tambin ser natural o libre, en donde el movimiento del fluido se debe a la diferencia de densidades que se presentan como resultado de una diferencia de temperaturas (Figura 2.7). La ley que rige este mecanismo de transferencia de calor es la Ley de Enfriamiento de Newton:

    Figura 2.7. Transferencia de calor por conveccin.

    Q = hA(T2-T1) (2.8) En donde: h = Coeficiente de transferencia de calor por conveccin [=] BTU/Hrft2F. A = rea [=] ft2. T2 = Temperatura de la superficie [=] F. T1 = Temperatura del aire [=] F.

  • 11

    Radiacin. Cuando un objeto se expone a una radiacin puede actuar de tres formas:

    - Reflejndola. - Absorbindola. - Transmitindola o dejndola pasar.

    Y esto depende de la longitud de onda tanto del cuerpo como de la radiacin. Cuando toda la radiacin que incide es reflejada se tiene un espejo perfecto (alta reflectancia). Si toda la radiacin se transmite, el cuerpo es transparente (alta absortancia). Si toda la radiacin incidente es absorbida se tiene un cuerpo negro (alta emisividad = 1). Estas caractersticas no se encuentran puras en un objeto, es decir, todos reflejan, todos absorben y transmiten con una variada intensidad que depender de la naturaleza del material, de su color y del estado de su superficie (Figura 2.8). Las superficies pulidas reflejan ms que las rugosas; los colores obscuros absorben ms que los claros.

    Figura 2.8. Transferencia de calor por radiacin.

    Una caracterstica de los cuerpos es emitir radiaciones. La cantidad de energa emitida va a depender de su temperatura, as como de su coeficiente de emisividad que es una comparacin con un cuerpo negro que tiene un coeficiente de emisin 1. Entre mayor es la temperatura de un cuerpo, las radiaciones emitidas sern de longitud de onda ms corta. As, el sol emite entre 0.25 y 4 micras. Existen muchos tipos de radiacin, la trmica es tan solo una de ellas, sea cual fuere el tipo de radiacin, decimos que sta se propaga a la velocidad de la luz (3 x 1010 cm/seg). Esta velocidad es igual al producto de la longitud de onda y frecuencia de la radiacin. C = (2.9) Siendo: C = Velocidad de la luz [=] cm/seg. = Longitud de onda [=]m. = Frecuencia [=] 1/seg. La radiacin trmica flucta entre 0.1 a 100 mientras que la porcin de visible del espectro es muy pequea, vara entre 0.35 a 0.75 m. La porcin de la radiacin trmica ocurre en forma de cuantos discretos, en la que cada cuanto tiene una energa de: E = h (2.10) Siendo: h = La constante de Planck h = 6.625 x 10-34 J.s

  • 12

    Podemos suponer cada cuanto como una partcula que tiene masa, energa y momento. E = mc2 = h (2.11) Cuando la densidad de energa se integra sobre las longitudes de onda, la energa total es proporcional a la temperatura absoluta a la cuarta potencia, la cual es llamada Ley de Stefan-Boltzmann. E(T) = T4 (2.12) Siendo: = Constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 x 10-8 W/m2K4 La carga trmica en los almacenes frigorficos es el resultado de la suma de calores que comnmente provienen de varias fuentes diferentes, como son:

    1. Calor transferido al espacio fro desde el exterior a travs de las paredes aisladas; 2. Calor entregado por el producto al reducir su temperatura al nivel deseado; 3. Calor que ceden las tarimas, los envases o embalajes que acompaan al producto; 4. Calor desprendido por respiracin (frutas y hortalizas); 5. Calor por cambios o infiltracin de aire caliente del exterior; 6. Calor cedido por el personal que trabaja dentro del espacio fro; 7. Calor por iluminacin del espacio fro; y, 8. Calor cedido por los motores dentro del espacio fro.

    A la suma de estas fuentes de calor se le conoce como potencia frigorfica, base de clculo para la seleccin de equipo y accesorios frigorficos. 2.2.7. Equipo e instrumentacin. 2.2.7.1. Evaporadores. Los sistemas de almacenamiento son mantenidos a una temperatura determinada mediante enfriadores de aire (conocidos tambin como evaporadores o difusores) por conveccin natural o forzada. Los evaporadores se pueden clasificar por el tipo de mecanismo, tipo de construccin y segn su empleo. Desde el punto de vista del mecanismo de ebullicin (del lquido refrigerante en el evaporador) se pueden clasificar en: Evaporadores inundados. Son evaporadores que durante su funcionamiento estn llenos de lquido casi en su totalidad. Trabajan mediante vlvulas de flotador, que permiten mantener el nivel del lquido. Tienen gran rendimiento, ya que toda la superficie de los tubos est inmersa en lquido refrigerante. La gran cantidad de refrigerante necesaria encarece las instalaciones de este tipo. Evaporadores semi-inundados. Este tipo de evaporadores est formado por una serie de tubos conectados a un cabezal por donde entra el lquido refrigerante. Al extremo contrario se conecta un cabezal de mayor dimetro, en el que se efecta la aspiracin de manera uniforme. Es de gran relevancia que el evaporador est perfectamente nivelado

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    para su adecuado funcionamiento y evitar que el lquido refrigerante llegue al compresor, asegura adems que la distribucin del lquido sea uniforme a lo largo de los tubos. Evaporadores secos. Se llaman as por que contienen exactamente la cantidad necesaria de refrigerante para evacuar el calor del recinto. El elemento esencial de estos evaporadores es la vlvula de regulacin que permite la entrada exacta de lquido refrigerante al evaporador. Segn su construccin, los evaporadores pueden clasificarse en tres tipos: Evaporadores de tubo desnudo. Son tubos doblados en forma de serpentn de variadas estructuras, que son fabricadas bajo pedido, de acuerdo con la instalacin especfica. Se utilizan, al igual que los de placa para temperaturas menores de 1 C y es inevitable la acumulacin de escarcha sobre la superficie. Evaporadores de placa. Son evaporadores construidos con dos lminas planas de metal, estampadas, unidas y soldadas de manera que proveen al fluido refrigerante de una trayectoria; este tipo se utiliza en refrigeradores domsticos y congeladores, se limpian fcilmente, son econmicos y se les puede dar la forma que se desee. Otro tipo es el construido con una tubera en zigzag instalada entre dos placas metlicas que se encuentran soldadas, el espacio entre placas puede ser rellenado por una solucin euttica para obtener una reserva de fro. Evaporadores de tubo y aletas. Son serpentines de tubo desnudo sobre los cuales se instalan aletas o placas metlicas, que sirven para aumentar la superficie de contacto, mejorando su eficiencia. Los evaporadores tambin se pueden clasificar segn su empleo, en dos grandes grupos. Evaporadores para enfriamiento de lquidos: Evaporadores de serpentn. Son evaporadores de tipo sumergido que estn formados por uno o varios serpentines, en ellos el refrigerante circula por el interior y el lquido a enfriar envuelve al serpentn. Evaporadores de tubos en paralelo. Consisten en varios serpentines conectados en paralelo a dos conectores comunes, que son alimentados por el conector inferior. Estos trabajan en rgimen semi-inundado. Evaporador intercambiador. Es un intercambiador que se encuentra aislado del medio ambiente. Por el interior de los tubos circula el refrigerante y del lado de la carcaza el lquido a enfriar. Se utilizan en instalaciones que requieren una produccin rpida. Evaporador de tubos transversales. Se utilizan en la fabricacin de hielo, en el enfriamiento de la salmuera. Consisten en dos conectores unidos por una serie de tubos verticales. Evaporadores para enfriamiento de aire: La forma del evaporador depende del empleo que se destine al evaporador y las caractersticas del local. Se fabrican en tubo liso o en tubo con aletas. Segn el sistema de circulacin de aire, los evaporadores pueden clasificarse en : Evaporadores de conveccin natural y evaporadores de conveccin forzada. Este ltimo presenta sobre el primero las siguientes ventajas:

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    Aumento en el coeficiente global de transmisin. Facilidad de colocacin en la cmara. Regulacin de la humedad relativa.

    Los evaporadores deben montarse de forma que la corriente de aire que sopla el ventilador, o ventiladores, no salga por la puerta cuando sta se abra. Deben situarse en una pared lateral o en una esquina. Estos evaporadores van normalmente montados en el interior de cajas de plancha de aluminio con la vlvula de expansin y el conexionado elctrico en un lateral del evaporador, o bien en su parte inferior. 2.2.7.2. Compresores. El compresor, mediante un aporte externo de energa, aspira los vapores del evaporador, a baja presin; los comprime y los descarga a una presin mayor al condensador. Los compresores se pueden clasificar de acuerdo con la forma en que disipan el calor de la compresin: Abiertos. El compresor y el motor se encuentran en bloques separados, el primero se enfra por un fluido que circula por las camisas de los cilindros y el motor se enfra por aire. Estos son empleados para grandes potencias. Semi-hermticos. El compresor y motor se encuentran en un bloque hermtico, con posibilidad de poder acceder al interior; se refrigeran por agua, aire o fluido refrigerante. Se emplean para medias y bajas potencias. Hermtico. Son iguales que los semi-hermticos, pero no es posible acceder al interior ya que el bloque se encuentra soldado. Su empleo es para bajas potencias. Hoy en da los tres tipos de compresores ms utilizados son: Compresor de pistn: Es uno de los ms antiguos diseos de compresor, pero sigue siendo el ms verstil y muy eficaz. Este tipo de compresor mueve un pistn hacia delante en un cilindro mediante una varilla de conexin y un cigeal. Si slo se usa un lado del pistn para la compresin, se describe como una accin nica. Si se utilizan ambos lados del pistn, las partes superior e inferior, es de doble accin. Compresor de tornillo rotativo: ste es un compresor de desplazamiento con pistones en un formato de tornillo; este es el tipo de compresor predominante en uso en la actualidad. Las piezas principales del elemento de compresin de tornillo comprenden rotores machos y hembras que se mueven unos hacia otros mientras se reduce el volumen entre ellos y el alojamiento. La relacin de presin de un tornillo depende de la longitud y perfil de dicho tornillo y de la forma del puerto de descarga. Compresor de paletas rotativas: El compresor de paletas, basado en una tecnologa tradicional y experimentada, se mueve a una velocidad muy baja (1450 rpm), lo que le otorga una fiabilidad sin precedentes. El rotor, la nica pieza en movimiento constante, dispone de una serie de ranuras con paletas deslizantes que se desplazan sobre una capa de aceite. El rotor gira en el interior de un estator cilndrico. Durante la rotacin, la fuerza centrfuga extrae las paletas de las ranuras para formar clulas individuales de compresin. La rotacin reduce el volumen de la clula y aumenta la presin del aire. El calor que genera la compresin se controla mediante la inyeccin de aceite a presin. El aire a alta presin se descarga a travs del puerto de salida con los restos de aceite eliminados por el separador de aceite final.

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    2.2.7.3. Condensadores. La finalidad del condensador es la de licuar los vapores del refrigerante, a alta presin, provenientes del compresor. El condensador se considera como un intercambiador de calor, cuya cesin de calor se realiza en tres fases:

    Enfriamiento de los vapores de la temperatura de descarga a la temperatura de condensacin.

    Cesin de calor latente de condensacin a temperatura constante. Enfriamiento del lquido de su temperatura de condensacin hasta la temperatura

    deseada. Los condensadores se pueden clasificar segn el medio de enfriamiento que utilicen: i) Condensadores enfriados por agua. En las instalaciones industriales se emplea, siempre que es posible, el agua, ya que el empleo del aire como medio refrigerante conduce a aparatos de grandes dimensiones, adems de presentar problemas en zonas clidas. Hay condensadores de agua que utilizan el calor sensible o el calor latente. Se utilizan para potencias grandes o medianas. Multitubulares (sensible). a) Horizontales de carcaza. Consta de una envolvente cilndrica, en cuyo interior van montados tubos paralelos longitudinales, fijados en ambos extremos por unas placas, por los tubos circula el agua y por el interior de la carcaza el fluido refrigerante. Son idnticos a los evaporadores de tubo y coraza. Se tiene la limitacin que no se pueden emplear aguas muy sucias o duras. Se pueden emplear aletas en los tubos para aumentar la superficie de contacto y as aumentar su eficiencia. Es un condensador que requiere poco espacio. b) Verticales de carcaza. Anlogo al anterior pero colocado verticalmente. En el fondo donde terminan los tubos de agua se encuentran abiertos al aire. La principal ventaja es que los tubos se pueden limpiar sin interrumpir el proceso. Tienen un consumo de agua elevado, aproximadamente el doble que uno horizontal de la misma capacidad. Este condensador requiere poco espacio. No pueden emplearse aguas muy duras. c) Doble tubo. Consta de dos tubos concntricos; por el interior circula el agua, y el fluido refrigerante circula a contracorriente entre los tubos; los codos son desmontables para facilitar la limpieza. Condensadores atmosfricos (sensible y latente). Son unos serpentines colocados en diversas formas, que por el interior circula el fluido refrigerante. Estos serpentines son baados por unas regaderas, en forma de lluvia. El efecto de enfriamiento se origina por el calentamiento del agua y por su evaporacin parcial al contacto con el aire. Este tipo de condensadores se utiliza cuando hay escasez de agua. Segn la forma como estn colocados se clasifican en : a) De tubos horizontales. Consta de uno o ms serpentines verticales de tubos horizontales, alimentados por un colector comn y descargando de igual manera sobre un colector comn. Lleva la entrada de refrigerante y de agua en la parte superior. b) De descarga. Es igual al anterior, pero con unas derivaciones en los codos, que conducen al lquido condensado a un recipiente, trabajan a contracorriente.

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    i) Condensadores evaporativos. Reducen el consumo de agua, hasta en un 1/20 de un condensador multitubular. Es en esencia un condensador de tubo con aletas, que tiene la entrada del refrigerante por la parte superior. Va instalado en el interior de una caja, que tiene una entrada de aire, por la parte inferior lateral y una salida del aire por la parte superior, en el techo. Se toma el agua de este depsito y se bombea a la parte superior del condensador donde se pulveriza. Sobre los pulverizadores se colocan unas placas que evitan que el agua escape al ser arrastrada por el aire. El rendimiento de estos condensadores depende de la humedad relativa del aire y la temperatura de condensacin del fluido. Para la instalacin de condensadores enfriados por agua hay que tener presente las siguientes consideraciones. 1. El agua empleada debe de estar exenta, lo ms posible, de materiales que se adhieran al condensador a fin de evitar incrustaciones. 2. Debe haber agua suficiente para el correcto funcionamiento del condensador. 3. Cuanto menor sea la temperatura del agua, mayor ser la extraccin de energa que dispondr del fluido por unidad de masa. 4. La velocidad del agua no debe ser menor a 3 m/s. 5. Que los materiales de construccin sean adecuados al requerimiento del condensador, para evitar la corrosin. 6. El condensador debe ser revisado y reparado regularmente. ii) Condensadores enfriados por aire. La transferencia de calor entre un fluido gaseoso y uno lquido siempre es menor que la transferencia entre dos lquidos. Segn como sea la circulacin de aire sobre el condensador, se clasificaran en condensadores de conveccin natural y condensadores de conveccin forzada, por la accin de un ventilador. Solamente los refrigeradores caseros son los que utilizan este tipo de condensador. Segn su forma, pueden ser de tubos lisos, tubos con aletas o de placas. Es necesario que el condensador cumpla con las siguientes caractersticas, que son independientes del tipo de condensador.

    Amplia admisin del gas en el aparato. Rpida evacuacin del lquido. Funcionamiento en contracorriente para aumentar su eficiencia. Velocidad del medio enfriador rpida, para mejorar la transferencia de calor.

    2.2.8. Refrigerantes. El fluido frigorfico, llamado tambin gas refrigerante o simplemente refrigerante, es utilizado como medio de transporte del calor, absorbe el calor de un cuerpo, espacio o sustancia (en el evaporador) y transporta el calor sustrado a un sumidero o fuente fra (condensador). Los refrigerantes se denominarn por su frmula, denominacin qumica o denominacin simblica numrica. La nomenclatura simblica numrica se establece a partir de su frmula qumica, primero se pone una letra 'R" seguida de un nmero de acuerdo con la siguiente regla: ( )( )xnmRFClHC xynm 11 +

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    El resto de los enlaces se complementar con tomos de cloro (y), se establece que la primera cifra (m-1) no se escriba si es cero. Para la produccin de fro, los sistemas de almacenamiento podrn ser dotados de equipo o mquinas frigorficas de tipo autnomo o centralizado. En el primer caso, cada cmara es dotada de una o varias instalaciones autnomas, cada una de las cuales comprender un compresor, un condensador, uno o varios evaporadores. Este tipo autnomo es recomendado para cmaras de una potencia frigorfica relativamente pequea.

    En el segundo caso, instalaciones centralizadas, los compresores, condensador(es) y dems equipo y accesorios frigorficos se localizan en un local apropiado, la sala de mquinas, que alimentarn en paralelo a todos los enfriadores de aire localizados en las cmaras. Los enfriadores de aire son alimentados de tres formas; por expansin directa, por gravedad o inundados y por recirculacin de lquido. 2.2.9. Control y regulacin de las instalaciones frigorficas. Las centrales frigorficas trabajan generalmente en condiciones de carga no esttica, que es variable de la hora del da, poca del ao y de la cantidad de producto a refrigerar. En consecuencia, las instalaciones deben estar dotadas de aparatos de control y regulacin que varen la produccin de fro en funcin de la carga en cada instante. Tambin se debe prever una serie de elementos de seguridad y proteccin que detengan total o parcial el funcionamiento de la instalacin cuando las condiciones de operacin sean anormales o peligrosas.

    Los elementos principales empleados para la regulacin son:

    Vlvulas de expansin. La misin de las vlvulas de expansin es la de reducir la presin del refrigerante a la salida del condensador. Adems regula el caudal del refrigerante que llega al evaporador, de manera que ste se encuentre en todo momento con carga justa. Los tipos ms utilizadas en las instalaciones son: tubos capilares, de expansin termosttica y de control de nivel del refrigerante. Las vlvulas solenoides. Sirven para cortar totalmente el flujo del refrigerante a travs de ellas, se pueden ocupar para impedir el paso del refrigerante al evaporador o al condensador en caso de una mala operacin de stos, regular el nmero de secciones activas de una serie de evaporadores sometidos a una carga parcial, etc. Las vlvulas barostticas. Estas vlvulas montadas normalmente sobre la tubera de aspiracin impiden que las presiones de evaporacin desciendan por debajo de un valor prefijado. La vlvula barosttica es empleada para regular la temperatura de evaporacin independientemente de las variaciones de la presin de aspiracin del compresor, impide la formacin de hielo en el evaporador y mantiene la presin de un evaporador a un nivel ms elevado cuando se requiera una temperatura de aspiracin del compresor.

    Para la seguridad y proteccin de la instalacin se utilizan:

    Presostatos. Se utilizan para proteger los compresores. Son interruptores accionados por una presin que acta sobre un fuelle o diafragma. Termostatos. Son empleados como elementos de seguridad, principalmente en los evaporadores enfriadores de agua cuando los termostatos de mnima detectan que la temperatura del agua es muy baja, paran el compresor para evitar el congelamiento del agua.

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    2.2.10. Desage del agua condensada en los evaporadores. La parte interior de la cubierta de los evaporadores de aire forzado contiene una bandeja de desage que se halla conectada por una tubera al exterior. Cuando la cmara trabaja por debajo de la temperatura de congelacin debe establecerse un sistema para que el agua no se congele en la tubera. Este calor lo suministra una resistencia elctrica que puede adaptarse en la bandeja colectora. El tubo de salida de esta bandeja se conecta a un desage exterior que debe tener un sifn para evitar que el aire de la atmsfera retorne a la cmara. El tubo y el sifn deben, asimismo, calentarse si el tubo pasa por lugares que se encuentran por debajo del punto de congelacin. Estas resistencias calentadoras del desage incorporar en ocasiones su propio termostato para evitar que consuman energa elctrica durante la poca calurosa. 2.2.11. Aislamiento. La produccin de fro es tanto ms costosa cuanto ms baja es la temperatura; por consiguiente, es indispensable economizar el fro producido protegiendo los locales contra las entradas de calor, sta es la principal finalidad del material aislante. Para que un material sea aislante, hace falta que est formado por un gran nmero de celdillas cerradas conteniendo aire seco en reposo u otros gases, con un coeficiente de conductividad trmica muy bajo. Estas consideraciones explican porque todos los materiales aislantes son ligeros y tambin el hecho de que el poder aislante vara en funcin inversa a su peso especfico. Entre los principales materiales aislantes utilizados en la industria frigorfica estn:

    1. Poliestireno expandido (k=0.028 a 0.030 kcal/hm C) 2. Poliuretano expandido (k=0.016 a 0.020 kcal/hm C)

    La mayora de los almacenes frigorficos modernos estn aislados trmicamente con paneles prefabricados de poliestireno expandido o poliuretano expandido.

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    3. CADENA DE FRO. Se denomina cadena del fro al sistema integrado de almacenes y medios de transporte encargados de conservar alimentos perecederos a bajas temperaturas. Los eslabones que conforman la cadena de fro son:

    Almacenes frigorficos industriales en la zona de produccin; Vehculos frigorficos de transporte a larga distancia; Almacenes frigorficos en la zona de distribucin; Vehculos frigorficos de distribucin; Almacenes frigorficos en los centros consumidores; Cmaras y muebles frigorficos de los comercios al menudeo; y, Frigorficos domsticos.

    Actualmente la cadena de fro en Mxico se encuentra desarticulada y se ha venido implementado slo parcialmente, nicamente para aquellos productores de alta rentabilidad, tanto para el mercado nacional como de exportacin, presenta en su conformacin problemas de carcter tcnico, econmico, social y geogrfico, (Figura 3.1), entre los cuales se pueden mencionar:

    Falta de organizacin de productores; Insuficiente organizacin comercial; Falta de integracin agroindustrial; Desconocimiento de mercados; Intermediacin excesiva; Financiamiento inoportuno; Insumos bsicos dispersos y caros; Baja utilizacin de asistencia tcnica; Falta de almacenamiento especializado; Transporte inadecuado, de servicio pblico sin fuente de fro; Productos sin normalizar; Envases inadecuados; Desconocimiento del comportamiento del producto ante el fro; Actividades intensivas en el uso de mano de obra no calificada; Las centrales de abasto operan a nivel regional y concentran toda clase de

    productos; Transporte especializado slo para productos de exportacin; Mal manejo del producto.

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    Figura 3.1. Principales problemas en la comercializacin de alimentos en Mxico.

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    4. ASPECTOS GENERALES. 4.1. Giro de la empresa. La empresa a la cual se le realizo ste estudio cuenta con doce cmaras frigorficas destinadas bsicamente al manejo de productos alimenticios perecederos, as como a la elaboracin de desayunos individuales. 4.2. Descripcin de la planta. sta es una empresa que cuenta con dos ramas de negocios: el servicio de comedores empresariales y el abasto integral de insumos alimenticios. Los principales insumos que se utilizan son: crnicos, embutidos, lcteos, abarrotes, frutas y verduras. Al llegar a la planta los insumos son almacenados en distintas cmaras frigorficas en donde la temperatura vara dependiendo de la materia prima de la que se trate. Uno de los productos que ah se fabrican son los desayunos individuales. La fabricacin se realiza en la cmara box lunch. En la produccin se utilizan diversos aparatos como selladoras, empacadoras, embolsadoras, etc., en donde una vez terminados se almacenan en las cmaras box lunch 1 y 2, para de ah salir a su venta. Existe tambin una cmara denominada zona de tazajo en donde la carne se corta dependiendo de su utilizacin. Despus, esta carne se almacena en otra cmara de produccin para posteriormente salir a la venta. La nave est dividida en tres secciones denominadas L, M y N, (Figura 4.1). En la zona L se encuentra la bodega de abarrotes, una parte de las oficinas y la planta de emergencia. En la zona M se encuentra la zona de tazajo, las cmaras frigorficas de verduras, pollo, embutidos, lcteos, res en canal, taras, cerdo, de congelacin y de produccin, as como el laboratorio, zona de motores, bodega, parte de las oficinas y zona de descarga. En la zona N se encuentran las cmaras frigorficas de produccin de box lunch, box lunch 1 y 2, adems el archivo, vestidores, cocina, comedor, una pequea banda transportadora, oficinas y parte de la zona de descarga.

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    Figura 4.1. Diagrama esquemtico de la empresa.

  • 23

    5. ANALISIS DEL CONSUMO DE ENERGA. 5.1. Energa empleada en la empresa. Los insumos energticos que se emplean son: diesel, gas L. P. y energa elctrica. El diesel se utiliza en la planta de emergencia, la cual se enciende en ciertas horas del da, aproximadamente de 3 a 6 P. M., aunque no se lleva un registro del nmero de horas y los das que entra en funcionamiento esta planta. El gas L. P. se emplea en la cocina de la empresa. El mayor consumo de energa viene dado por la energa elctrica, ya que la mayor parte del equipo que se utiliza es elctrico. Cabe mencionar que no pudieron ser recabados los datos acerca del consumo de diesel y gas L. P., as que no fue posible hacer un estudio ms detallado para corroborar lo antes mencionado. 5.2. Anlisis del consumo de energa elctrica. 5.2.1. Tarifa contratada. La empresa tiene un contrato con Luz y Fuerza del Centro en la Tarifa 3, la cual se aplica a todos los negocios que destinen su energa en baja tensin a cualquier uso con una demanda mxima superior a 25 kW. Por la forma en que est estructurada, la Tarifa 3 presenta tres tipos de cargos: Cargo por energa consumida. Se refiere a la energa elctrica gastada en el perodo de facturacin (aproximadamente 1 mes). Se mide en kWh. En la Tarifa 3 aplica el mismo costo en $/kWh para todos los kWh consumidos en el mes, independientemente de la hora de uso. La tarifa se modifica cada mes (Cuadro 5.1). Cargo por demanda mxima. Se considera como demanda mxima, aquella demanda de energa sostenida durante un intervalo de tiempo de 15 minutos, durante el perodo de facturacin. Se mide en kW. Cualquier fraccin de kilowatt de demanda mxima medida se toma como un kilowatt completo (Cuadro 5.1). Cargo o bonificacin por factor de potencia. El factor de potencia se define como el coseno del ngulo cuya tangente es la relacin de los kilovolts-ampers reactivos inductivos (kVARL) y los kWh y se emplea para saber qu tanto uso de energa reactiva hay en la empresa (Figura 5.1, ecuacin 5.1). La potencia activa, medida en watts (W), representa la capacidad del circuito para realizar un trabajo en un tiempo dado. Debido a los elementos reactivos de la carga, la potencia aparente, medida en voltamper (VA), producto de la tensin por la intensidad, ser igual o mayor que la potencia activa. La potencia reactiva, medida en volt-ampers reactivos (VAR), es una medida de la energa almacenada que es reflejada hacia la fuente durante cada ciclo de la corriente alterna.

    Cuando el factor de potencia es igual a 0, la energa que fluye es enteramente reactiva y la energa almacenada en las cargas retorna a la fuente en cada ciclo. Cuando el factor de potencia es igual a 1, toda la energa suministrada por la fuente es consumida. Los factores

    )()(cos

    kVAaparentePotenciakWactivaPotenciaFP == (5.1)

  • 24

    de potencia son expresados normalmente como "adelanto" o "retraso", para indicar el signo del ngulo de fase. Cargas inductivas, tales como transformadores, motores de induccin y en general cualquier tipo de inductancia, tal como las que acompaan a las lmparas fluorescentes, generan potencia reactiva con la intensidad retrasada respecto a la tensin. Cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables enterrados generan potencia reactiva con la intensidad adelantada respecto a la tensin. Ambos tipos de cargas absorbern energa durante parte del ciclo de corriente alterna y solamente devolvern energa a la fuente durante el resto del ciclo La compaa suministradora de energa penaliza a los usuarios que tienen un FP inferior al 90% y los bonifica en caso contrario. Por lo tanto debe mantenerse por encima del 90% (Cuadro 5.2).

    Cuadro 5.1. Costo de la Tarifa elctrica 3, aplicable en 2004-2005.

    Ao Mes $/kW $/kWh 2004 Noviembre 169.54 1.066 2004 Diciembre 173.00 1.088 2005 Enero 176.68 1.111 2005 Febrero 172.35 1.084 2005 Marzo 170.89 1.075 2005 Abril 168.09 1.057 2005 Mayo 169.35 1.065 2005 Junio 171.08 1.076 2005 Julio 172.91 1.088 2005 Agosto 175.14 1.102 2005 Septiembre 175.42 1.104 2005 Octubre 176.49 1.111 2005 Noviembre 180.09 1.134 2005 Diciembre 187.46 1.180

    Cuadro 5.2. Clculo de penalizacin o bonificacin por factor de potencia.

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    Figura 5.1. Tringulo de potencias.

    5.2.2. Energa consumida. La empresa proporcion los recibos de energa elctrica del 18 de noviembre de 2004 al 20 de diciembre de 2005 (Cuadro 5.3). La empresa presenta bajos niveles de consumo en los periodos de noviembre-diciembre (C. F. 1), hasta julio-agosto (C. F. 8), con valores entre 16,000 y 20,000 kWh/mes, siendo el menor en el periodo julio-agosto (16,320 kWh). En el resto de los recibos se presenta un continuo aumento con valores ms elevados, entre 33,000 y 49,000 kWh/mes, el mayor se presenta en el periodo octubre-noviembre (48,780 kWh), (Figura 5.2). Tanto en el periodo noviembre-enero como abril-junio se facturaron dos meses consecutivos, as que se dividi el consumo en ese periodo entre dos. Cabe sealar que el periodo de 17 de febrero a 17 de marzo no se incluy ya que ste no fue proporcionado.

    Cuadro 5.3. Informacin del uso de energa elctrica en la empresa.

    Periodo Consumo Demanda FP Ciclo F. Inicio Final (kWh) (kW) (%)

    1 18-Nov-04 19-Ene-05 33240 44 92.415 2 19-Ene-05 17-Feb-05 16620 48 89.764 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 17700 48 83.941 6 19-Abr-05 17-Jun-05 39360 66 92274 7 17-Jun-05 19-Jul-05 20520 49 94.445 8 19-Jul-05 17-Ago-05 16320 48 95.447 9 17-Ago-05 19-Sep-05 40380 46 96.049 10 19-Sep-05 19-Oct-05 44280 109 89.248 11 19-Oct-05 18-Nov-05 48780 108 95.516 12 18-Nov-05 20-Dic-05 37140 105 94.369 Total 314340 Promedio 31434 67 9310.519

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    Figura 5.2. Consumo de Energa Elctrica en la empresa.

    0

    10000

    20000

    30000

    40000

    50000

    60000

    Nov

    -Dic

    Dic

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr

    -May

    May

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    kW

    h

    Para corroborar este comportamiento, se calcul el consumo diario de electricidad, lo cual se indica en el cuadro 5.4. El mayor consumo por da se alcanz en el periodo octubre-noviembre, 1626 kWh/da, y el menor se tuvo en el periodo marzo-abril, 536.36 kWh/da, correspondiendo as a los meses en que se tuvo el mayor consumo y a uno de los meses de menor consumos. En el anlisis de consumo diario se observan dos comportamientos caractersticos, uno de enero a agosto en donde el consumo esta entre 500 y 600 kWh/da (Figura 5.3), y a partir de esa fecha crece importantemente hasta valores que oscilan los 1200 a 1600 kWh/da, lo que refleja claramente un mayor uso de energa, tenindose para el ciclo de facturacin un promedio de 927.84 kWh/da.

    Cuadro 5.4. Consumo diario de energa elctrica.

    Periodo Das totales del recibo

    Consumo diario

    Ciclo F. Inicio Final kWh/da 1 18-Nov-04 19-Ene-05 62 536.13 2 19-Ene-05 17-Feb-05 29 573.10 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 33 536.36 6 19-Abr-05 17-Jun-05 59 667.12 7 17-Jun-05 19-Jul-05 32 641.25 8 19-Jul-05 17-Ago-05 29 562.76 9 17-Ago-05 19-Sep-05 33 1223.64 10 19-Sep-05 19-Oct-05 30 1476.00 11 19-Oct-05 18-Nov-05 30 1626.00 12 18-Nov-05 20-Dic-05 32 1160.63

  • 27

    Figura 5.3. Comportamiento del consumo diario de energa elctrica.

    0200400600800

    10001200140016001800

    Nov

    -Dic

    Dic

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr

    -May

    May

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    kWh/

    da

    5.2.3. Anlisis de la demanda mxima. La empresa tiene una demanda contratada de 99 kW, se observan dos comportamientos muy marcados; de enero hasta el mes de septiembre una demanda bastante estable entre 40 y 50 kW, con un pequeo pico en el mes de junio (66 kW). A partir del mes de septiembre aumenta la demanda, la cual supera los 100 kW (Cuadro 5.3, figura 5.4).

    Figura 5.4. Evolucin de la demanda mxima.

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    Nov

    -Dic

    Dic

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr

    -May

    May

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    kW

  • 28

    5.2.4. Demanda media. La demanda media ( )kW es la relacin entre la energa consumida en un periodo y el nmero de horas del periodo:

    h

    kWhkW = (5.2)

    A partir del periodo noviembre-enero hasta julio-agosto la demanda media se encuentra entre 20 y 30 kW (C. F. 1-8), a partir de ah la demanda comienza con un aumento que oscila entre 50 y 70 kW, siendo el mximo en el periodo octubre-noviembre de 67.75 kW (Cuadro 5.5, figura 5.5), esto se debe a que la empresa tomo un contrato fuerte en la produccin de box lunch por parte de Seguridad Pblica. Al trmino del contrato la demanda media comienza a descender hasta tener una la tendencia similar a los primeros meses del ao.

    Cuadro 5.5. Evolucin de la demanda media.

    Periodo Demanda

    media Ciclo F. Inicio Final kW

    1 18-Nov-04 19-Ene-05 22.34 2 19-Ene-05 17-Feb-05 23.88 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 22.35 6 19-Abr-05 17-Jun-05 27.80 7 17-Jun-05 19-Jul-05 26.72 8 19-Jul-05 17-Ago-05 23.45 9 17-Ago-05 19-Sep-05 50.98

    10 19-Sep-05 19-Oct-05 61.50 11 19-Oct-05 18-Nov-05 67.75 12 18-Nov-05 20-Dic-05 48.36

    Figura 5.5. Comportamiento de la demanda media.

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    Nov

    -Dic

    Dic

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr-M

    ay

    May

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    kW

  • 29

    5.2.5. Factor de carga El factor de carga es un indicador numrico importante acerca de la forma de uso de los equipos elctricos en una instalacin y se define como la relacin entre la demanda promedio del periodo y la demanda mxima en el mismo periodo, o sea:

    100xkWkWFC = (%) (5.3)

    Este factor indica el comportamiento de la demanda comparada con su pico mximo. El valor mximo del FC es 100% lo que significa que la demanda mxima se mantiene a ese nivel durante todas las horas posibles. Un valor por arriba de 100 % no es posible, por lo que significa un error de medicin o captura de informacin, como en el caso del CF 9 en donde el valor de la demanda media calculada es superior a la mxima reportada, generando un FC de 110.84% lo cual no es posible. Para el resto de los ciclos de facturacin, el factor de carga se encuentra entre el 40 y 55 %, lo cual indica que existen algunos picos de demanda que podran reducirse con una mejor programacin de sta, (Cuadro 5.6, figura 5.6)

    Cuadro 5.6. Evolucin del factor de carga. Periodo

    Factor de

    carga Ciclo F. Inicio Final %

    1 18-Nov-04 19-Ene-05 50.77 2 19-Ene-05 17-Feb-05 49.75 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 46.56 6 19-Abr-05 17-Jun-05 42.12 7 17-Jun-05 19-Jul-05 54.53 8 19-Jul-05 17-Ago-05 48.85 9 17-Ago-05 19-Sep-05 110.84

    10 19-Sep-05 19-Oct-05 56.42 11 19-Oct-05 18-Nov-05 62.73 12 18-Nov-05 20-Dic-05 46.06

    Figura 5.6. Comportamiento del factor de carga.

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    Nov

    -Dic

    Dic

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr

    -May

    May

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    Fact

    or d

    e ca

    rga

    (%)

  • 30

    5.2.6. Factor de potencia. El comportamiento del factor de potencia es un tanto errtico, presentando valores por debajo del 90% en los periodos de enero-febrero, marzo-abril y septiembre-octubre (Cuadro 5.3, figura 5.7). Esto significa, un costo adicional por la energa elctrica el cual es indispensable corregir. No obstante, la mayor parte de los valores estn por encima del 90% y generan una bonificacin econmica.

    Figura 5.7. Comportamiento del factor de potencia.

    82

    84

    86

    88

    90

    92

    94

    96

    98

    Nov

    -Dic

    Dic

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr

    -May

    May

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    F. P

    . (%

    )

    5.2.7. Pagos por energa elctrica. En el cuadro 5.7 se presentan los datos econmicos correspondientes al empleo de energa elctrica. Los mayores costos corresponden a los periodos en que se tiene un mayor consumo. Cabe mencionar que los periodos tienen un factor de potencia por arriba del 90%, lo que genera una pequea bonificacin (Figura 5.8).

    . Cuadro 5.7. Datos econmicos de los recibos de facturacin, 2004-2005.

    Periodo Costo energay Demanda

    Costo por FP IVA Total

    Ciclo F. Inicio Final ($) ($) ($) ($) 1 18-Nov-04 19-Ene-05 51,618.42 -361.33 7,688.56 58,946.002 19-Ene-05 17-Feb-05 26,507.34 53.01 3,984.05 30,544.003 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 27,658.43 1,189.31 4,327.16 33,175.006 19-Abr-05 17-Jun-05 63,627.69 -381.77 9,486.88 72,732.007 17-Jun-05 19-Jul-05 31,051.18 -372.61 4,601.78 35,281.008 19-Jul-05 17-Ago-05 25,712.98 -359.98 3,802.95 29,156.009 17-Ago-05 19-Sep-05 53,294.14 -852.71 7,866.22 60,307.0010 19-Sep-05 19-Oct-05 67,882.98 339.41 10,233.36 78,456.0011 19-Oct-05 18-Nov-05 73,915.95 -1,034.82 10,932.17 83,813.3012 18-Nov-05 20-Dic-05 63,447.20 -761.37 9,402.87 72,088.7

  • 31

    Figura 5.8. Evolucin del pago mensual por energa elctrica.

    010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,00090,000

    Nov

    -Ene

    Ene

    -Feb

    Feb-

    Mar

    Mar

    -Abr

    Abr

    -Jun

    Jun-

    Jul

    Jul-A

    go

    Ago

    -Sep

    Sep

    -Oct

    Oct

    -Nov

    Nov

    -Dic

    Periodo

    Peso

    s ($

    )

    Para realizar el anlisis fue necesario conocer el nmero de das de uso de la energa elctrica por mes, dependiendo del ciclo de facturacin del que se trate. Para los periodos noviembre-enero y abril-junio (C. F. 1 y 6), se anexaron 31 das por los meses de diciembre y mayo respectivamente, debido a que se facturaron dos meses consecutivos (Cuadro 5.8). Tambin fue necesario conocer los precios de la energa elctrica durante el periodo de estudio (Cuadro 5.1). Al realizar los clculos de los costos tomando por separado el consumo y la demanda se encontraron valores similares, aunque en el costo total se encontraron ligeras variaciones debido tal vez al redondeo o cifras significativas, no obstante, la tendencia es la misma en ambos casos, tenindose obviamente una mayor cantidad de dinero a pagar para un mayor consumo de energa (Cuadro 5.8). Para entender la participacin de cada concepto en el pago de energa, se observa que el 62.6% del total corresponde al consumo de energa elctrica (kWh) y el 24.8% a la demanda mxima.

  • 32

    Cuadro 5.8. Datos econmicos calculados, 2004-2005.

    Fecha Consumo Demanda kWh, kW FP IVA TOTAL Ciclo Fac. Inicio Final

    Das primer mes

    Das segundo mes

    Das totales ($) ($) ($) ($) ($) ($)

    1 18-Nov-04 19-Ene-05 12 19 62 36,257.87 15,360.57 51,618.44 -337.22 7,692.18 58,973.39 2 19-Ene-05 17-Feb-05 12 17 29 18,201.77 8,305.60 26,507.37 41.81 3,982.38 30,531.56 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 14 19 33 18,844.06 8,814.39 27,658.45 1,197.86 4,328.45 33,184.76 6 19-Abr-05 17-Jun-05 11 17 59 41,984.44 21,643.27 63,627.71 -392.01 9,485.36 72,721.06 7 17-Jun-05 19-Jul-05 13 19 32 22,225.73 8,825.48 31,051.20 -365.35 4,602.88 35,288.73 8 19-Jul-05 17-Ago-05 12 17 29 17,890.10 7,822.92 25,713.01 -366.85 3,801.92 29,148.09 9 17-Ago-05 19-Sep-05 14 19 33 44,545.26 8,748.96 53,294.22 -839.09 7,868.27 60,323.39 10 19-Sep-05 19-Oct-05 11 19 30 49,081.43 18,801.62 67,883.05 343.19 10,233.94 78,460.18 11 19-Oct-05 18-Nov-05 12 18 30 54,867.74 19,048.25 73,916.00 -1,067.15 10,927.33 83,776.17 12 18-Nov-05 20-Dic-05 12 20 32 43,184.54 20,262.68 63,447.22 -734.35 9,406.93 72,119.79 347,082.93137,633.74 484,716.67 -2,519.18 72,329.64 554,527.12

  • 33

    5.3. Carga instalada en la empresa. La carga existente en las instalaciones se encuentra distribuida en mayor medida en las zonas M, 87 kW y N, 75 kW, en donde la mayor demanda es por parte de los compresores. Tambin se observa que la carga instalada es mucho mayor que la demanda contratada, esto tiene que ver, en cierta medida, con el hecho de que parte del equipo existente no se utiliza constantemente. En el levantamiento de equipo los datos fueron recabados, en mayor medida, de la informacin que especifica el distribuidor, aunque en algunos casos, estos datos fueron tomados de catlogos de equipos similares aunque no de la misma marca. (Cuadros 5.9, 5.10, 5.11).

    Cuadro 5.9. Carga instalada en la zona L.

    Cuadro 5.10. Carga instalada en la zona M.

    VOLTAJE INTENSIDAD POTENCIA DEMANDA POR DEMANDAV A HP UNIDAD kW TOTAL kW

    LAMPARAS DE ADITIVOSMETALICOS 400 WLAMPARAS 74 W 2 0.089 0.178

    2 0.300 0.6002 0.100 0.200

    TOTAL 8.658

    0.480 7.680

    EQUIPO CANTIDAD

    COMPUTADORAIMPRESORA

    16

    VOLTAJE INTENSIDAD POTENCIA DEMANDA POR DEMANDAV A HP UNIDAD kW TOTAL kW

    COMPRESOR 7 5 3.730 26.110COMPUTADORA 22 0.300 6.600COMPRESOR 1 7.5 5.595 5.595COMPRESORA 1 7.5 5.595 5.595SIERRA 2 220 16.5 3 2.238 4.476COMPRESOR 2 3 2.238 4.476LMPARA FLUORESCENTE 39W 107 0.047 5.008DIFUSOR 11 115 0.5 0.373 4.103DIFUSOR 1 3 2.238 2.238REFRIGERADOR 2 127 1.020 2.040LAMPARA INCANDESCENTE 40 0.075 3.000LMPARA FLUORESCENTE 74W 22 0.089 1.954EXTRACTOR 3 220 0.5 0.373 1.119INCUBADORA 3 0.500 1.500HORNO MICRO ONDAS 1 1.500 1.500CORTADORA (FILETE) 5 120 5 0.25 0.187 0.933IMPRESORA 13 0.100 1.300

    DIFUSOR 4 115 0.25 0.187 0.746VENTILADOR 2 0.5 0.373 0.746

    MAQUINA EMBUTIDO 0.000TOTAL 80.5977

    0.12

    LAMPARA DE ADITIVOSMETALICOS 400 W 3 0.48 1.44

    0.03

    EQUIPO CANTIDAD

    LAMPARA FLUORESCENTECOMPACTA 4

  • 34

    Cuadro 5.11. Carga instalada en la zona N

    5.4. Anlisis de la carga trmica en las cmaras frigorficas. 5.4.1. Aislamiento actual de las cmaras. La determinacin de la carga de enfriamiento, tambin llamada carga trmica, es uno de los factores que no siempre es sencillo de calcular. La carga es, por lo general, la suma de un conjunto de aportaciones y rara vez de una sola fuente. La carga trmica es la cantidad de calor que deber extraer el evaporador y ser, entonces, el flujo calorfico con que ser diseado el evaporador y consecuentemente el equipo asociado. En la empresa, las cmaras frigorficas son de forma rectangular, los muros y techos de las cmaras estn construidos con lminas de acero galvanizado calibre 20, utilizando como material aislante poliestireno de 4 de espesor (10.16 cm) y 1.16 m de alto con bastidores de madera de 10 cm de alto, (Figura 5.9).

    VOLTAJE INTENSIDAD POTENCIA DEMANDA POR DEMANDAV A HP UNIDAD kW TOTAL kW

    COMPRESOR 2 220 5.00 3.730 7.460EXTRACTOR 2 5.00 3.730 7.460COMPUTADORA 25 0.300 7.500EMPACADORA VACI 1 220 7.000 7.000COMPRESOR 1 220 7.50 5.595 5.595MQUINA EMBOLSADORA 1 220 23 5.090 5.090EMPACADORA AL VACIO 1 220 5.000 5.000LMPARA FLUORESCENTE 39 W 126 0.047 5.897SELLADORA AL VACIO 1 220 4.000 4.000COMPRESOR 1 3.00 2.238 2.238IMPRESORA 21 0.100 2.100REFRIGERADOR 2 127 0.25 0.187 0.373SELLADORA 1 220 2.000 2.000BANDA TRANSPORTADORA 1 220 2.00 1.492 1.492LMPARA FLUORESCENTE 74 W 14 0.089 1.243BANDA TRANSPORTADORA 1 220 1.00 0.746 0.746LAMPARA DE HALOGENO 15 0.050 0.750BANDA TRANSPORTADORA 1 220 0.75 0.560 0.560DIFUSOR 3 115 0.50 0.373 1.119DIFUSOR 1 115 0.50 0.373 0.373T. V. 2 0.200 0.400MQUINA DE HIELO 1 110 0.330 0.330DIFUSOR 1 0.50 0.373 0.373LAMPARA CURVALUM 9 0.038 0.346DIFUSOR 1 0.25 0.187 0.187MQUINA DE HIELO 1 110 0.250 0.250ENFRIADOR DE AGUA 1 0.100 0.100LAMPARA FLUORESCENTE COMPACTAVIDEOCASETERA 1 0.075 0.075VENTILADOR 1 0.060 0.060

    TOTAL 70.2056

    0.0903

    EQUIPO CANTIDAD

    0.030

  • 35

    Figura 5.9. Diagrama esquemtico de las paredes de las cmaras frigorficas en la empresa.

    En algunas de estas cmaras, el condensador se encuentra ubicado en el techo, lo cual repercute en una ganancia de calor adicional en la cmara. 5.4.2. Ganancia de calor por paredes. El flujo calorfico del exterior al interior de la cmara de refrigeracin a travs de paredes, piso y techo es lo que en primera instancia, gana en calor el espacio refrigerado. Ya que no existe ningn aislamiento perfecto, siempre existir este flujo de calor, debido a que la temperatura en el interior es menor a la exterior. La tasa de calor transmitido a travs de las paredes se determina mediante la ecuacin 5.4

    TUAQ = (5.4) Donde: Q = Tasa de transferencia de calor [=] BTU/h A = rea de la superficie de la pared externa [=] ft2 U = Coeficiente global de transferencia de calor [=] BTU/hft2F T = Diferencia de temperaturas exterior e interior [=] F El coeficiente de transferencia de calor (U) es una medida de la rapidez a la cual fluye el calor a travs de un rea de superficie de un pie cuadrado por cada grado Fahrenheit de diferencia de temperatura a travs de la pared.

  • 36

    El valor de este coeficiente depende del espesor de la pared, de los materiales y medios que la componen. El factor U puede ser determinado directamente por medio de datos de la literatura o a partir de un clculo sencillo utilizando la ecuacin 5.5 para una pared construida de varios elementos

    02

    2

    1

    1

    1

    111

    hkx

    kx

    kx

    h

    U

    n

    n ++++= (5.5)

    Donde: h0 = Coeficiente de transferencia de calor convectivo de la superficie externa de la cmara

    [=](BTU/hft2F. h1 = Coeficiente de transferencia de calor convectivo de la superficie interna de la cmara

    [=](BTU/hft2F. kn = Conductividad trmica de cada material de construccin de la cmara [=] BTU.in/hft2F. xn = Espesor de cada material [=] in. Los valores h1 h0 son funcin de las caractersticas superficiales de los materiales expuestos tanto al interior de la cmara como al exterior, de las temperaturas interna y externa y de las condiciones del medio ambiente interno y externo respectivamente. As para h1 es comn el valor de 1.65 BTU/hft2F siempre y cuando no haya movimientos de aire al interior de la cmara. En caso que ste exista, dependiendo del flujo puede llegar a tener un valor de hasta 2 BTU/hft2F. Para h0 se tienen valores que van desde 1.65 BTU/hft2F, para un medio totalmente en calma, hasta 6 BTU/hft2F para exteriores expuestos a vientos hasta de 24 km por hora. La interpolacin entre estos dos valores no provoca un error considerable. Para este estudio se consideraron coeficientes de transferencia de calor convectivo de la superficie externa de las cmaras entre 1.65 y 3 ya que en algunas de stas el condensador se encuentra en el techo, (Cuadro 5.12). La diferencia de temperatura T a travs de las paredes de un almacn fro por lo regular se considera que es la diferencia entre las temperaturas de diseo entre el interior y el exterior. La temperatura externa en el piso frecuentemente es entre 10F y 20F debajo de la temperatura promedio externa. En los cuadros 5.13 a 5.24 se presenta un resumen de las cargas trmicas para cada cmara. Cabe mencionar que la cmara de box lunch produccin es la nica que cuenta con un aislamiento de poliuretano inyectado y que ninguna de las cmaras cuenta con aislamiento en el piso. k1 = 0.27 BTU*in/hft2F k2 = 0.20 BTU*in/hft2F k3 = 26 BTU*in/hft2F Donde: k1 = Conductividad trmica del poliestireno. k2 = Conductividad trmica de la madera. k3 = Conductividad trmica de la lmina galvanizada.

  • 37

    Cuadro 5.12. Coeficientes convectivos y espesores de las paredes de las cmaras de la empresa.

    Cmara

    h0 externa techo

    BTU/hft2F

    h1 interna paredes

    BTU/hft2F

    h2 exterior muro

    BTU/hft2F

    Espesor lmina galvanizada

    pulg.

    Espesor madera y poliestireno

    pulg. Produccin 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Tazajo 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Verduras 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Pollo 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Embutidos 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Lcteos 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Congelacin 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Cerdo 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Res en canal 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Box Lunch* 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Box Lunch 1 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Box Lunch 2 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0

    *La cmara box lunch es la nica que cuenta con paredes aisladas con poliuretano inyectado.

    Cuadro 5.13. Ganancia de calor por paredes en la cmara produccin.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 677.9 86.0 35.6 0.064 2,177.37 Norte 203.4 68.0 35.6 0.063 412.81 Sur 203.4 50.0 35.6 0.063 184.23 Este 322.8 63.0 35.6 0.063 557.22 Oeste 322.8 68.0 35.6 0.063 658.90 Piso 677.9 58.0 35.6 0.126 1,913.30 5,903.52

    Cuadro 5.14. Ganancia de calor por paredes en la zona de tazajo.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 3,066.60 77.0 50.0 0.064 5,275.89 Norte 280.8 58.0 50.0 0.063 140.71 Sur 484.2 41.0 50.0 0.063 -274.10 este 613.3 24.0 50.0 0.063 -1,004.59 Oeste 613.3 62.0 50.0 0.063 463.65 Piso 3,066.6 58.0 50.0 0.126 3,091.13 7,692.71

    Cuadro 5.15. Ganancia de calor por paredes en la cmara de verduras.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 113.0 86.0 46.4 0.064 285.13 Norte 94.2 50.0 46.4 0.063 21.24 Sur 94.2 68.0 46.4 0.063 127.98 Este 80.7 32.0 46.4 0.063 -73.21 Oeste 80.7 68.0 46.4 0.063 109.82 Piso 113.0 58.0 46.4 0.126 165.16

    636.12

  • 38

    Cuadro 5.16. Ganancia de calor por paredes en la cmara de pollo.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 113.0 86.0 32.0 0.064 388.87 Norte 94.2 50.0 32.0 0.063 106.21 Sur 94.2 68.0 32.0 0.063 213.30 Este 80.7 35.6 32.0 0.063 18.30 Oeste 80.7 46.4 32.0 0.063 73.21 Piso 113.0 58.0 32.0 0.126 370.19

    1,170.03

    Cuadro 5.17. Ganancia de calor por paredes en la cmara de embutidos.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 114.5 86.0 35.6 0.064 367.77 Norte 75.3 50.0 35.6 0.063 67.92 Sur 75.3 68.0 35.6 0.063 153.45 Este 102.2 35.6 35.6 0.063 0.00 Oeste 102.2 32.0 35.6 0.063 -23.18 Piso 114.5 58.0 35.6 0.126 323.16 889.08

    Cuadro 5.18. Ganancia de calor por paredes en la cmara de lcteos.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 114.5 86.0 35.6 0.064 367.77 Norte 75.3 50.0 35.6 0.063 67.92 Sur 75.3 68.0 35.6 0.063 153.45 Este 102.2 50.0 35.6 0.063 92.72 Oeste 102.2 35.6 35.6 0.063 0.00 Piso 114.5 58.0 35.6 0.126 323.16 1,004.97

    Cuadro 5.19. Ganancia de calor por paredes en la cmara de congelacin.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 290.5 77.0 -4.0 0.064 1,499.36 Norte 169.5 77.0 -4.0 0.063 860.02 Sur 169.5 35.6 -4.0 0.063 422.19 Este 226 50.0 -4.0 0.063 768.85 Oeste 226 50.0 -4.0 0.063 768.85 Piso 290.5 58.0 -4.0 0.126 2,269.39 6,588.66

  • 39

    Cuadro 5.20. Ganancia de calor por paredes en la cmara de cerdo.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 324.4 77.0 35.6 0.064 855.77 Norte 169.5 -4.0 35.6 0.063 -420.45 Sur 169.5 35.6 35.6 0.063 0.00 Este 252.3 54.0 35.6 0.063 292.47 Oeste 252.3 50.0 35.6 0.063 228.89 Piso 324.4 58.0 35.6 0.126 915.59 1,872.25

    Cuadro 5.21. Ganancia de calor por paredes en la cmara de res en canal.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 484.2 77.0 35.6 0.064 1,277.32 Norte 169.5 35.6 35.6 0.063 0.00 Sur 169.5 68.0 35.6 0.063 345.43 Este 376.6 68.0 35.6 0.063 768.72 Oeste 376.6 50.0 35.6 0.063 341.65 Piso 484.2 58.0 35.6 0.126 1,366.61 4,099.72

    Cuadro 5.22. Ganancia de calor por paredes en la cmara box lunch.

    Pared Area

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 936.5 77.0 50.0 0.033 828.79 Norte 218.5 68.0 50.0 0.032 127.79

    Sur 218.5 68.0 50.0 0.032 125.86 Este 564.9 68.0 50.0 0.032 325.38

    Oeste 564.9 28.0 50.0 0.033 -410.12 Piso 936.5 58.0 50.0 0.126 943.98

    1,941.70

    Cuadro 5.23. Ganancia de calor por paredes en la cmara box lunch 1.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 177.0 77.0 35.6 0.064 466.93 Norte 94.2 68.0 35.6 0.063 191.18 Sur 94.2 70.0 35.6 0.063 203.82 Este 126.4 35.6 35.6 0.063 0.00 Oeste 126.4 68.0 35.6 0.063 258.01 Piso 177.0 58.0 35.6 0.126 499.56 1,619.50

  • 40

    Cuadro 5.24. Ganancia de calor por paredes en la cmara box lunch 2.

    Pared rea

    ft2 Text F

    Tint F

    U BTU/hft2F

    Q BTU/h

    Techo 329.4 77.0 35.6 0.064 868.92 Norte 175.5 68.0 35.6 0.063 356.10 Sur 175.5 70.0 35.6 0.063 379.64 Este 126.4 68.0 35.6 0.063 258.01 Oeste 126.4 35.6 35.6 0.063 0.00 Piso 329.4 58.0 35.6 0.126 929.70 2,792.58

    5.4.3. Ganancia de calor por cambios de aire. Cualquier cantidad de aire que penetre o circule por el espacio refrigerado debe reducirse a la temperatura de almacenamiento, aumentando de este modo la carga de refrigeracin. Debido a los mltiples factores variables, resulta difcil calcular con exactitud la ganancia de calor motivada por las infiltraciones; salvo casos especiales que se conoce la cantidad de aire introducido al espacio para fines de ventilacin. Una de las maneras para determinar la carga por cambio de aire es cuando se conoce el flujo msico de aire entrante a la cmara; de esta forma se tiene la ecuacin 5.6.

    ( )10arg hhmairedecambioporaC a = (5.6) Donde: ma = Flujo de masa de aire que entra en 24 horas al espacio [=] lb/24hr. h0 = Entalpa del aire entrante [=] Btu/lb. h1 = Entalpa del aire interior [=] Btu/lb. El clculo del flujo msico de aire de infiltracin es quizs uno de los parmetros ms difcil de determinar con exactitud, sin embargo, en trminos generales, excepto en aquellos pocos casos en que el aire es introducido a propsito al espacio refrigerado, los cambios de aire que se tienen en la cmara son principalmente por infiltracin a travs de puertas que se abren. La cantidad de aire exterior que entra a la cmara en 24 horas debido a la apertura de puertas depende del nmero, tamao y localizacin de la puerta o puertas y, sobre todo, de la frecuencia y el tiempo que stas permanecen abiertas. Dada la dificultad de predecir los factores anteriores, es prctica generalizada estimar la cantidad de cambios de aire con base en la experiencia tenida en casos similares. Para realizar este clculo se utiliza la ecuacin 5.7. Q = V*CA*HR (5.7) Donde: Q = Tasa de transferencia de calor [=] Btu/h V = Volumen de la cmara [=] ft3 CA = Cambios de aire en 24 horas HR = Calor removido del aire [=] Btu/ ft3

  • 41

    Para encontrar el valor de CA se utilizan los cuadros 5.25 y 5.26 en donde se da una lista del nmero aproximado de cambios de aire por 24 horas para cmaras de diferentes tamaos. As mismo, si se conoce la temperatura y humedad relativa del aire exterior, se puede encontrar el valor HR utilizando el cuadro 5.27. De esta manera, tomando como ejemplo el caso de la cmara de produccin, la cual tiene una temperatura interior de 35.6 F y un volumen de 6,671.7 ft3, con humedad relativa y temperatura del aire exterior de 50% y 86 F respectivamente, se obtiene lo siguiente. Del cuadro 5.25, al interpolar entre 6,000 y 8,000 ft3: CA = 6.1 cambios de aire por 24 horas Del cuadro 5.27, al interpolar entre 35 y 40 F, el calor removido del aire es: HR = 1.84 Btu/ft3 Ahora, mediante la ecuacin 5.7, se calcula el calor ganado por infiltracin de aire: Q = 6671.7 ft3 * 6.1 c. a /24hr* 1.83 Btu/ft3 = 3103.17 Btu/hr En el cuadro 5.28 se presenta un resumen del calor ganado por infiltracin de aire exterior en las cmaras frigorficas de la planta.

    Cuadro 5.25. Cambio promedio de aire, por 24 horas para cuarto de almacenamiento con temperatura superior a 32 F, debido a la infiltracin de aire.

    Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de

    ft3 aire por 24 ft3 aire por ft3 aire por ft3 aire por horas 24 hrs 24 hrs 24 hrs

    250 38.0 1,000 17.5 6,000 6.5 30,000 2.7 300 34.5 1,500 14.0 8,000 5.5 40,000 2.3 400 29.5 2,000 12.0 10,000 4.9 50,000 2.0 500 26.0 3,000 9.5 15,000 3.9 75,000 1.6 600 23.0 4,000 8.2 20,000 3.5 100,000 1.4 800 20.0 5,000 7.2 25,000 3.0

    Cuadro 5.26. Cambio promedio de aire, por 24 horas para cuarto de almacenamiento a menos de 32 F, debido a la infiltracin de aire.

    Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios