CÁMARA DE CONSERVACIÓN PARA LA FRESA

1. INTRODUCCION

Desde hace muchos años, se ha hablado de la importancia de preservar la comida

en las mejores condiciones. Para lograr dicho propósito, se han ideado

mecanismos que permiten refrigerar los alimentos, con lo que se evita que éstos

pierdan su frescura. Estos mecanismos son aplicados desde que un alimento es

producido, hasta pocos instantes antes de ser consumido, en un procedimiento

que se denomina cadena de frío.

Gracias a compañías, dedicadas a soluciones para la conservación en frío, es

posible refrigerar los alimentos. Estas compañías han diseñado sistemas para que

un alimento siempre esté a la temperatura ideal, para evitar su deterioro.  Los

alimentos perecederos como frutas, verduras y carnes; comienzan a

descomponerse muy rápido, por lo que en sólo un par de horas los

microorganismos pueden dañarlos de forma considerable. Los alimentos

perecederos tienen una vida útil muy corta. En el caso de las frutas y de las

verduras, éstas se siguen madurando después de haber sido cosechadas, hasta

llegar al punto de descomponerse en su totalidad.

En este proyecto trataremos de ver la forma de eliminar esos problemas de

descomposición planteando un modelo para la construcción de una cámara

frigorífica, en este caso para la conservación de las fresas que es un producto muy

utilizado para el consumo humano.

2. ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO (FRESA)

FRESA

Las Fresas y los Fresones (Fragaria xananassa) pertenecen a la familia de las Rosáceas y a su vez, al género de las Fragarias. Necesitan de un clima templado para crecer sin problemas. Es originaria de América y nos llegó con los primeros colonos de Virginia (EEUU). Llegó a España en el siglo XIX. Las fresas y el fresón Españoles tienen fama de tener una máxima calidad y son muy demandadas por el resto de países europeos. Huelva es la provincia Española, que cultiva las fresas y los fresones de forma masiva, con una gran calidad y son las más demandadas. Extremadura, la Comarca del Maresme (Barcelona) también se dedican masivamente a su cultivo, así como en Valencia y Extremadura, aunque en menor proporción. En muchos países de América Latina se le conoce como frutillas. Los países Europeos que más fresas consumen del mercado español son Francia, Alemania y Reino Unido, seguido por el resto de países europeos, pero en menor proporción.

Es una de las frutas más apreciadas ya desde la Antigüedad es la fresa, pequeña delicia que destaca por su intenso sabor y sus excelentes propiedades nutritivas.

De hecho, posee más cantidad de vitamina C que muchos cítricos. Constituye el complemento ideal para acabar con un broche de oro una suculenta comida, ya sean solas, con nata, con leche o en postres más elaborados. Además, tienen un importante valor industrial, ya que se utiliza para elaborar otros muchos productos como batidos, helados, mermeladas, yogures o gelatinas.

3. DATOS DE REFRIGERACIÓN:

Calor Especifico:

- Bajo Punto de Congelación: 0.45 BTU/lb.F

- Sobre Punto de Congelación: 0.85 BTU/lb.F

Calor Latente de Congelación: 129 BTU/lb

Contenido de Agua : 90 %

Temperatura de Congelación :-2 ºC

Volumen aproximado de almacenamiento : 7.5 m3/tn

Temperatura de Almacenamiento en frio : 0ºC a +10ºC

Humedad Relativa : 85% a 90%

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se desea diseñar una cámara de refrigeración para la conservación de fresas, para su posterior transporte. El producto a refrigerar debe estar limpio y almacenado de tal manera que el aire frío pueda rozarlo por todas partes. El espacio de las cámaras debe estar destinado a la refrigeración, deben encontrarse en perfecto estado higiénico El aire de la cámara debe ser puro y carente de olores ajenos a éste, como: olores a moho, verduras, etc.; por tanto deben ser de fácil limpieza en todas sus partes y tener, por lo tanto un suelo permeable con desagüe.

Cámara de Almacenamiento: Se comienza el proceso de conservación depositando el alimento en un recinto aislado en el que se mantenga las condiciones más apropiadas para que su vida útil se prolongue durante el mayor tiempo posible. El objetivo principal aquí es ajustar y controlar los factores que condicionan este almacenamiento. Las fresas se conservaran en esta cámara a la temperatura que se indica, en esta cámara no se lleva al vegetal hasta su punto de congelación sino a una temperatura a la cual se pueda preservar por un determinado periodo. Las capacidades en masa de la cámara se darán a conocer más adelante.

El rango de temperatura en el cuarto de almacenamiento o durante el transporte dependerá del estado de madurez del fruto o verdura. Mantener la humedad relativa del aire en el almacenamiento entre el 90 y 95 % para prevenir la deshidratación del fruto

IV. DISEÑO DE LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN

Dimensionamiento:

Sabiendo que el volumen de almacenamiento para la fresa es: 7.5 m3/t

(7 . 5m3

Tn )( 1Tn1000kg )=0 . 0075m3 /kg

la Densidad de Almacenamiento es: 133.3 kg/ m3

Se Almacenaran 8 Toneladas de fresa. La dimensiones de la caja que llevara la fresa es de 19 cm de altura, 42 cm de largo y 33.5 cm de ancho

NºCajas=8000 kg11. 35kg

=704 . 8

Entonces elegimos 705 Cajas

Al Almacenar 8000 kg de fresa tendremos: 705 Cajas

Alto : 19 cm

Largo : 42 cm

Ancho : 33.5 cm

* Las 705 Cajas estarán acomodadas en: 13 columnas, 11 filas e irán las cajas apiladas de a 5 .Dentro de cada una de las columnas cada caja estará distanciada 5 cm, para que el aire frío pueda circular libremente. Las filas estarán agrupadas de a 2 con una separación de 10 cm.

Cada par de filas agrupadas estarán separadas una con respecto a otras 1.5 m para el libre tránsito. Las Cajas de fresa se ubicaran sobre estantes de madera, no de metal para evitar la corrosión, la cual sería nociva para el bienestar del producto.

Las dimensiones de la Cámara de Refrigeración son:

L = 0.42x13 + 0.05x12 + 2, L = 8.06 m

W = 0.335x11 + 0.10x5 + 1.5x5 + 2 , W = 13.685 m

H = 5x0.19 + 1 +1.5 H = 3.45 m

volumen total de la cámara:

V = 8.06x13.68x3.45 = 380.5 m3

Las Puertas tanto de la Salida como entrada del Producto, están dimensionadas de la siguiente manera:

W = 1.5 m

H = 2.0 m

la Cámara de Refrigeración contara con dos puertas después de cumplir con su periodo de almacenamiento. Las puertas se cierran herméticamente para evitar intercambio de calor con el aire.

Selección del Espesor del Aislante

Tablas del libro Dossat :

T° de la cámara ( ºF ) Espesor de corcho ( pulg ) - 45 a - 15 10 - 15 a 0 8 0 a 15 7 15 a 25 6 25 a 35 5 35 a 50 4 50 a 60 3

Con Temperatura de almacenamiento de la fresa: T = 50 ºF

Largo Almacenamiento: e = 3pulg

tomando las recomendaciones de Sanguinetti, tenemos que:

e techo = e pared + 1 pulg e techo = 4 pulg

e piso = e pared - 1 pulg e piso = 2 pulg

diseño elegido para las paredes, el techo y el piso de la planta de refrigeración

Para las Paredes Exteriores de la planta de refrigeración, utilizaremos los siguientes materiales a usar

54 1 2 3

Dónde:

1: Ladrillo a = 8 pulg

2: Enlucido exterior, acabado de concreto de b = 0.5 pulg

3: Barreras de vapor (protege el asiento)

4: Enlucido interior, acabado de concreto de d = 0.5 pulg

5 : Aislamiento de corcho de e = 3 pulg

Paredes Interiores de la planta de refrigeración, se usa el tabique auto soportante:

Dónde:

6: Barreras de vapor ( el cual protege el asiento )

7: Aislamiento de corcho de e = 3 pulg

8 : Enjarre de cemento (concreto mortero ) de f = 0.5 pulg

9 6 7 8

9 : Enjarre de cemento (concreto mortero ) de g = 0.5 pulg

Para el Techo de la planta de refrigeración :

Dónde:

10 : Barreras de vapor ( para proteger el asiento )

11 : Enlucido interior, acabado de concreto de d = 0.5 pulg

12 : Aislamiento de corcho de e = 4 pulg

13 : Losa de concreto de h = 4 pulg

10

11

12

13

Para el piso de la planta de refrigeración:

Dónde:

14 : Barreras de vapor

15 : Aislamiento de corcho de e = 2 pulg

16 : Losa de concreto de h = 5 pulg

17 : Acabado de concreto de t = 3 pulg

14

15

16

17

|

Calculo del Coeficiente de Transmisión de Calor (U)

Valores de los coeficientes de transferencia de calor “U”, para las paredes, techos y piso de la planta de refrigeración.

Paredes Exteriores: (U pc )

Del grafico de estas paredes, entonces:

iEDCBA0pc f

1

k

e

k

d

f

1

k

b

k

a

f

1

U

1

Dónde:

f 0 : coeficiente de convección de calor exterior

f i : coeficiente de convección de calor en el interior

Tabla 10.4 del Dossat : Ladrillo común de 8 pulg y aislante de corcho de 3 pulg con barrera de vapor y aire tranquilo en ambos lados.

U ACE = 0.054 Btu / hr-pie2-ºF

iECAiACE f

1

k

e

f

1

k

a

f

1

U

1

Dónde:

f C : Barrera de vapor

Al observar que solo un lado tiene aire tranquilo, la ecuación general queda:

iDBACE0pc f

1

k

d

k

b

U

1

f

1

U

1

Dónde:

b = 0.5 pulg , d = 0.5 pulg

k B = 5.0 , k D = 5.0 , f 0 = 4.00 , f i = 1.65 ( Tabla 10.4 Dossat )

Entonces:

65.1

1

0.5

5.0

0.5

5.0

054.0

1

00.4

1

U

1

pc

U pc = 0.05446 Btu/ hr.pie2.ºF

Para las Paredes Interiores: ( U pi )

De acuerdo al gráfico:

iGFECipi f

1

k

g

k

f

k

e

f

1

f

1

U

1

Tabla 10.3 del Dossat : Tabique auto soportante con 3 pulg de aislante de corcho, barrera de vapor y aire tranquilo en ambos lados :

U CE = 0.056 Btu / hr-pie2-ºF

iECiACE f

1

k

e

f

1

f

1

U

1

Al reemplazar en la ecuación general la ecuación anterior :

GFCEpi k

g

k

f

U

1

U

1

Donde :

f = 0.5 pulg , g = 0.5 pulg

k F = 5.0 , k G = 5.0 , ( Tabla 10.4 Dossat )

Entonces:

0.5

5.0

0.5

5.0

056.0

1

U

1

pi

U pi = 0.05538 Btu/ hr.pie2.ºF

Para el Techo: ( U t )

Del Grafico:

iHEDC0t f

1

k

h

k

e

k

d

f

1

f

1

U

1

Tabla 10.3 del Dossat : Techo de concreto de 4 pulg y aislante de corcho de 4 pulg con barrera de vapor y aire tranquilo en ambos lados:

U CEH = 0.048 Btu / hr-pie2-ºF

iHECiCEH f

1

k

h

k

e

f

1

f

1

U

1

Al observar que solo un lado tiene aire tranquilo, la ecuación general queda:

1U t

= 1f 0

+ 1UCEH

+ dkD

− 1f i

Dónde:

d = 0.5 pulg

k D = 5.0 , f 0 = 4.00 , f i = 1.65 ( Tabla 10.4 Dossat )

Entonces:

1Ut

= 14 . 00

+ 10 . 048

+ 0 . 55 . 0

− 11 . 65

U t = 0.04860 Btu/ hr.pie2.ºF

Para el piso: ( U p )

Del grafico anteriormente hecho:

iHECip f

1

k

h

k

e

f

1

f

1

U

1

Tabla 10.3 del Dossat : Piso de 4 pulg de losa y concreto de 3 pulg con 2 pulg de aislante de corcho y barrera de vapor con aire tranquilo en ambos lados:

U CEHJ = 0.084 Btu / hr-pie2-ºF

iHECiCEHJ f

1

k

h

k

e

f

1

f

1

U

1

Reemplazando en la ecuación:

CEHJp U

1

U

1

U p = 0.0840 Btu/ hr.pie2.ºF

A continuación resumimos los coeficientes de transmisión de calor exteriores para las diferentes superficies:

Unorte= 0.05446 Btu/ hr.pie2.ºF = 0.3092 W/m2.ºC

Usur = 0.05446 Btu/ hr.pie2.ºF = 0.3092 W/m2.ºC

Ueste = 0.05446 Btu/ hr.pie2.ºF = 0.3092 W/m2.ºC

Uoeste= 0.05446 Btu/ hr.pie2.ºF = 0.3092 W/m2.ºC

Utecho= 0.04860 Btu/ hr.pie2.ºF = 0.2760 W/m2.ºC

Upiso = 0.0840 Btu/ hr.pie2.ºF = 0.4770 W/m2.ºC

Esquema de la Cámara de refrigeración

Hallaremos los espesores de las paredes, techos y pisos:

Espesor de las paredes exterior:

E e = Enlucido exterior + Ladrillo común + Aislante + Enlucido interior

E e = 0.5 “ + 8 “ + 3 “ + 0.5 “

E e = 12 pulg .

Espesor de las paredes interiores:

E i = Aislante + 2 Enjarre de cemento

E i = 3 “ + 2 ( 0.5 “ )

E i = 4 pulg .

Espesor del techo:

E t = Enlucido interior + Aislante + Losa de concreto

E t = 0.5 “+ 4 “+ 4 “

E t = 8.5 pulg .

Espesor del piso:

E t = Aislante + Losa de concreto + Acabado de concreto

E t = 2 “ + 5 “ + 3 “

E t = 10 pulg .

CÁLCULO DE LA CARGA TERMICA

Flujo Calorífico a través de las Paredes

El Flujo de Calor a través de las paredes se calcula mediante:

Q = U.A.T

Dónde:

Q: Flujo de Calor a través de las paredes

U: Coeficiente global de transferencia de Calor

A: Área de la Pared

T: Diferencia de temperatura entre las paredes

La parte exterior de la Cámara de Refrigeración estará expuesta al Sol (radiación solar), por lo que la diferencia de temperaturas entre algunas de las paredes será afectada en este caso habrá un factor de corrección para estos casos, de acuerdo a la Tabla 10.6 de libro Dossat para superficies asoleadas.

Asumimos la Temperatura de Trujillo como: Te = 20 ºC

Asumimos la Temperatura del suelo de Trujillo como: Ts = 17ºC

En la siguiente Tabla se dan a conocer las Variaciones de Temperatura en las paredes de la Cámara de Refrigeración que estamos diseñando:

Temp. Diseño exterior

Temp. DiseñoDiseño

Pared normal T

Factor de corrección Radiación

Pared DiseñoT

Pared Norte 20 ºC 10 ºC 10ºC 0ºC 10ºCPared Sur 20 ºC 10 ºC 10 ºC 2ºC 12ºCPared Este 20 ºC 10 ºC 10 ºC 4ºC 14ºCPared Oeste 20 ºC 10 ºC 10 ºC 4ºC 14ºCTecho 20 ºC 10 ºC 10 ºC 9ºC 19ºCPiso 17 ºC 10 ºC 7 ºC 0ºC 7ºC

Una ves que ya conocemos los T de diseño de las paredes y conociendo también los U de las paredes, techo y piso, podemos calcular los flujos de calor a través de cada uno.

Las paredes sur, este, así como el piso no se encuentran en contacto con el sol , por lo cual no se considera su efecto de radiación.

Área de la superficie de Pared, Techo y Piso:

Pared Norte : 8.06 x 3.45 = 27.807 m2

Pared Sur : 8.06 x 3.45 = 27.807 m2

Pared Este : 13.685 x 3.45 = 47.213 m2

Pared Oeste : 13.685 x 3.45 = 47.213 m2

Techo : 13.685 x 8.06 = 110.301 m2

Piso : 13.685 x 8.06 = 110.301 m2

Usando la forma general de la ecuación de calor: Q = U. A .T, entonces para cada Pared, Techo y Piso :

Qpn = (0.3092 )( 27.807 )( 10 ) Q pn = 85.979 W

Qps = (0.3092 )( 27.807 )( 12 ) Q ps = 103.175 W

Qpe = (0.3092 )( 47.213 )( 14 ) Q pe = 204.376 W

Qpo = (0.3092 )( 47.213 )( 14 ) Q pe = 204.376 W

Qt = (0.2760 )( 110.301 )( 19 ) Q t = 578.418 W

Qp = (0.4770 )( 110.301 )( 7 ) Q p = 368.295 W

QT = Q pn + Q ps +Q

pe + Q po + Q t +Qp

QT = 85.979 + 103.175 + 204.376 + 204.376 + 578.418 + 368.295

QT = 1544.619 W

Carga por cambio de aire:

Conociendo el volumen interior de la cámara:

Vi = 380.539 m3 = 13 438.61 pie3

Entonces el cambio de aire = 1.339 / día (interpolando Tabla 10-8A del Dossat)

De la tabla 10-7A de Dossat:

Para Ti = 50°F (10ºC), (de la cámara)

Tent = 90°F, ( del bulbo seco del aire)

= 85 %, ( humedad relativa del aire)

Tenemos:

Factor de cambio de aire = 2.458 BTU/pie3

Entonces:

Qa = Vi x (cambio de aire) x ( factor de cambio de aire)

Qa = 13 438.61 pie3x 1.339 / día x 2.458 BTU/pie3

Qa = 44 229.986 BTU/día

Qa = 540.067 W

Cargas varias:

Están dadas principalmente por el calor cedido por el alumbrado, los motores eléctricos que funcionan dentro del espacio y por las personas que están trabajando en el interior de la cámara.

Por Iluminación:

Para la cámara de Refrigeración que se esta diseñando se ha dispuesto cinco focos para la iluminación del ambiente, los cuales se prenderán 1 vez al día y durante 1 hora, tiempo que usará el operario para revisar si hay fugas o desperfectos.

Del texto Dossat, página 216 tenemos:

Calor cedido por alumbrado = 3.42 BTU/W-hr

Potencia del foco : 50 W

Factor de encendido: fn = 1hr/día

Qalumbrado=(¿ focos∗Potfoco∗3 . 42 BTU /W .hr ). 1hr /24hr ¿

Qalumbrado=5x 50 x3 . 42

Qalumbrado=855

BTU24 hr

Qalumbrado=10 .44W

Por Motores Eléctricos

Los factores para el cálculo de estas cargas han sido tomados de la tabla 10-14 del texto Dossat, considerando únicamente los motores de los equipos que no pertenecen al sistema de refrigeración de la planta; es decir de los que mueven bombas de las torres de enfriamiento, de intercambiadores, etc.

En este diseño asumiremos que la cámara contará con 3 motores eléctricos de 1/4 HP de potencia que harán girar a los ventiladores que se instalarán al sistema de refrigeración, los cuales trabajaran cada 7 horas al día descansando 1 hora.

Factor de trabajo de los motores: fm = 21 hr/día

Numero de motores: Nm = 3

Potencia de los motores: Pm= 0.25 Hp

De la tabla 10-14; del Dossat:

Calor equivalente de los motores eléctricos = 2545 BTU/Hp-hr

Luego:

Qmot = NmxPmxfmx(calor equivalente de los motores eléctricos)

Qmot = 3x0.25x21x2545

Qmot = 40083.75 BTU/día

Qmot = 489.439 W

Por personas

Se dispondrá de 3 operarios que realizarán las labores de verificación y limpieza de la cámara de refrigeración 1 vez por día, este proceder será de una vez al día.

hrBTUfactor 24950

¿ personas=3

Qpersonas=950x 3 x

124

Qpersonas=118 .75

BTUh Qpersonas=34 .80W

Capacidad de Refrigeración Requerida (Total)

Capacidad de equipo requerida=Carga de enfriamiento total Tiempo deseado de funcionamiento hrs

Calculamos primero la suma de todas las cargas calculadas anteriormente:

QTotaldeenfriamiento = QCLA + Qa + Qprod + Qresp + Qpers + Qilum + Qmot

Qtotaldeenfriamiento=1544 . 619+540 .067+5515 .278+10 .44+489 . 44+34 . 80Q totaldeenfriamiento=8134 .643W

Estimaremos un Factor de Seguridad del 10% para compensar los errores de cálculo e información:

Q totaldeenfriamiento=1 . 1x 8134 . 643W

Qtotaldeenfriamiento=8948 .107W=773116470 . 7J24h

El tiempo de utilización del equipo será de 18 hr/día, es decir que sólo trabaja 18 horas en 1 día, entonces:

Tiempo de funcionamiento = 18 hr/día

Capacidad de equipo requerida=773116470.7

18=42950915 .04

Jh

Entonces:

Capacidad de equipo requerida=42950915 . 04Jhx

h3600 s

x2 .844 x10−4Ton

J / s

Capacidad de Equipo Requerida=3. 39Ton

SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE:

En esta Cámara de Refrigeración de la fresa Escogeremos uso del Refrigerante R-12 el cual es uno de los compuestos de la familia de los generalmente llamados freón más usado en refrigeración. Su fórmula química es CCl2F2. no tiene olor ni color.

El hecho de que el R-12 sea miscible en aceite bajo todas las condiciones de operación, no sólo simplifica el problema del retorno del aceite, sino que también tiende a aumentar la eficiencia y la capacidad del sistema, en tanto que la acción solvente del refrigerante mantenga al evaporador y al condensador libre de películas de aceite, que en otra forma tiende a reducir la capacidad de transferencia de calor de esas dos unidades. Aunque el efecto refrigerante por kilogramos de R-12 es menor que en los demás refrigerantes populares, esto no

es una gran desventaja, puesto que hacer circular un gran peso de R-12 es una ventaja que permite llevar un control más preciso del fluido.

Las características principales del R-12 son:

Inflamabilidad: No lo es.

Toxicidad: El R12 al mezclarse con el aire no es tóxico y no tiene efectos irritantes.

Reacción con materiales de construcción: El R-12 reacciona con el cinc, pero no lo hace con el cobre, hierro, acero ni aluminio. En presencia de una pequeña cantidad de agua forma un ácido que ataca a la mayoría de metales. También ataca al caucho natural.

Daño a los productos Refrigerados: Cuando hay fugas en el sistema el R12 no tiene efecto perjudicial sobre los alimentos.

Detección de Fugas: La detección de fugas es difícil debido a que el R12 es inodoro, pero tiene poca tendencia a las fugas.

Viscosidad y Conductividad Térmica: Para una buena transmisión de calor la viscosidad debe ser baja y la conductividad térmica alta. El R12 no tiene elevada conductividad térmica y tiene una viscosidad relativamente baja.

Costo: El costo del R12 está en un nivel intermedio comparado con otros refrigerantes.

Acción sobre el Aceite: El R12 y el aceite son miscibles. Cuando sale del compresor un poco de aceite, el aceite pasa al condensador y luego al evaporador. Si hay aceite en el evaporador de un sistema de R12 no es tan perjudicial, sin embargo, la velocidad en la tubería de succión debe ser lo suficientemente alta para que el aceite regrese al compresor.

CICLO TERMODINÁMICO DE REFRIGERACIÓN

Condiciones de Condensación y Evaporación

Temperatura de Evaporación

Para la selección del Evaporador que vamos a usarse debe determinar un adecuado DT del evaporador, la cual se define como la diferencia de temperatura entre la temperatura del aire que llega al evaporador, tomada por lo general como la temperatura de diseño del espacio, y la temperatura de saturación del refrigerante correspondiente a la presión a la salida del evaporador. La conservación de la fresa depende también de la Humedad relativa, cuando es muy bajo la humedad del espacio, se tiene una deshidratación, por otra parte, cuando la humedad en el espacio refrigerado es muy alta se fortalece el crecimiento de mohos, hongos y bacterias, lo cual será perjudicial para el producto que vamos a mantener.

Usando la tabla 11-2 del Dossat

Para una humedad relativa del 85% (Tabla 10 –9, Dasset) y para evaporadores de convección forzada.

Humedad

Relativa

(%)

Convección Natural Convección Forzada

95-91

90-86

85-81

80-76

75-70

12-14

14-16

16-18

18-20

20-22

8-10

10-12

12-14

14-16

16-18

DT = 14ºF

Entonces la temperatura de evaporación es

Tevap = Ti – DT

Tevap = 50ºF - 14ºF = 36ºF Tevap = 2.222 ºC

Temperatura de Condensación

La capacidad del condensador es directamente proporcional a la DT del condensador, la cual se define como la diferencia de temperatura del bulbo seco del aire de la entrada y la temperatura del refrigerante condensante. En la práctica los rangos de DT en el condensador son de 15ºF a 35ºF, la DT de diseño y en consecuencia el tamaño del condensador, dependerá de la temperatura de bulbo seco de diseño exterior. A mayor temperatura de bulbo seco, se necesitará de un condensador más grande.

Por lo tanto con la recomendación de la página 323 del texto Dossat:

DT = 25 ºF

Entonces la temperatura de condensación es :

T cond = Te + DT

Donde : Te = 77ºF ( Tamb = 25 ºC)

Entonces :

T cond = 102 ºF

T cond = 38.89 ºC

Esquema del Ciclo Termodinámico

Se utilizara un simple esquema para el Sistema de Refrigeración de nuestra Cámara Diagrama Presión vs. Entalpía.

P(MPa)

h (Kj/Kg)

Cálculo de las magnitudes fundamentales del Ciclo Termodinámico

4

23

2

1

Hacemos los cálculos respectivos para obtener los valores necesarios en cada punto del Sistema de Refrigeración para el R-12

Punto 1

T1= 2.222 0C

P1= 0.3318 MPa

S1= 0.6942 KJ/Kg.K

h1= 188.171 KJ/Kg

v1= 0.0517 m3/Kg

Punto 2

T2= 38.89 ºC

P2= 0.9347 MPa

S2= 0.6942 KJ/Kg.K

h2= 202 KJ/Kg

v2= 0.0200 m3/Kg

Punto 3

T3= 38.89 °C

P3= 0.9347 MPa

S3= 0.2822 KJ/Kg.K

h3= 73.332 KJ/Kg

v3= 0.0187 m3/Kg

Punto 4

T4= 2.222°C

P4= 0.3318 MPa

S4= 0.225 KJ/Kg.K

h4= 73.332 KJ/Kg

v4= 0.0158 m3/Kg

7.1 Efecto Refrigerante

ERU=h1−h4=188.171 – 73.332

ERU=114 .839

KJKg

7.2 Flujo másico del Refrigerante

m= CR

ERU=3 . 39x 50 .4 x 4 .187

114. 839

.

m=0 . 1003

Kgs

.

7.3 Potencia del Compresor

N K=m(.

h2−h1)=0 .1003 x (202−188 .171 )

N K=1 .387kW N K=1 .86 HP

7.4 Calor rechazado por el condensador

0.1003x(202 – 73.332)

Q.

=12 .905kW

7.5 Coeficiente de funcionamiento (COP)

COP=ERU

Nk

=h1−h4

h2−h1

=188 .171−73 .332202−188 . 171

COP=8 .304

7.6 Potencia por Tonelada de Refrigeración

N K

Ton=1. 387

3. 39=0 .409

kWTon

7.7 Caudal Volumétrico por Tonelada de Refrigeración

QTon

=v1 .m1

CR=0.0517 x 6 .018

3 .39=0 .0918

m3

min .Ton

SELECCIÓN DEL EQUIPO DE REFRIGERACIÓN

Selección del Compresor

El compresor es el corazón del sistema de compresión de vapor. El compresor alternativo consiste en un embolo o pistón que se mueve alternativamente en un cilindro que lleva dispuesto válvulas de admisión y escape para permitir que se realice la compresión. Los métodos de especificación y selección de unidades condensantes son prácticamente los mismos que los utilizados para especificar y seleccionar los compresores. Para las condiciones de nuestra cámara de refrigeración:

Tevap= 36 °F

Tcond = 102 °F

Utilizando las Tablas del Dossat R-11, teniendo en cuenta la temperatura de evaporación, temperatura de condensación seleccionamos el compresor obteniendo así el siguiente:

Compresor del tipo abierto E027 :

T Evap

°FT Cond

°FCap(Tons)

Eje BHP

THRTons

TMáx

Tubo succión

+30 100 11.8 17.2 14.3 90120 10.4 19.4 13.1 90

Para Tcond = 102 ºF ( interpolando)

100 11.8 17.2102 11.66 17.42120 10.4 19.4

Entonces:

Nk = 17.42 BHP=229 HP > NkReal= 1.86 HP

Capacidad real = 11.66 Ton > Capacidad requer ida = 3.39 Ton

Entonces este Compresor, Si cumple con lo requerido por nuestra Cámara de Refrigeracion

COMPRESOR

Modelo: E027

Capacidad: 11.66 Ton

Potencia en el Eje: 17.42 BHP

Velocidad de Rotación: 1740 rpm

Selección del Condensador

Los condensadores reciben el vapor refrigerante recalentado procedente del compresor, y su función es eliminar dicho recalentamiento del vapor de refrigerante y a continuación es enfriado por aire.

Necesitaremos los siguientes Datos:

Tevap.= 36 ºF

Tcond = 102 ºF

DT = Tcond - Tamb = 102 – 77 DT = 25 ºF

Capacidad de Refrigeración = 3.39 Ton = 40 680 BTU/hr

Factor de Rechazo de Calor (Tabla 14-1a, Dossat, Compresores Tipo Abiertos) e Interpolando = 1.177

Factor de Corrección por Altura (Tabla 14 -1C, Dossat), Considerando la Altura de Trujillo : 108 psnm, tenemos (interpolando): 0.9998

Factor de Corrección por diferencia de Temperatura(DT) = 1.13

Entonces:

Capacidad=40680 x1 .177 x 1. 130 . 9998

=54115. 630Btuhr

Usando la Tabla R-14A del Texto Dossat, el Condensador que necesitaremos será entonces:

CONDENSADOR

Tamaño de Unidad: 5

Número de Circuitos Disponibles: 2

Capacidad por Circuito: 37 500 Btu/h

Capacidad Unidad Total: 75 MBH

Selección del Dispositivo de Expansión

Los dispositivos de expansión tienen como funciones medir el refrigerante líquido en la tubería del líquido que va hacia el evaporador con una rapidez proporcional a la cual está ocurriendo la vaporización en esta última unidad, y mantener un diferencial de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema a fin de permitir vaporizar el refrigerante a la conclusiones de la baja presión y al mismo tiempo efectuar la condensación a la presión alta.

Usaremos la válvula de expansión termostática debido a su alta eficiencia ya lo fácil de adaptarse a cualquier tipo de aplicaciones refrigeración.

Necesitaremos los siguientes datos:

Tevap = 36 ºF

Capacidad de Refrigeración = 3.39 Ton

Diferencia de Presiones: 0.9347 – 0.3348 = 0.5999 Mpa = 87.0081 lbf/plg2

Con estos datos obtenidos y usando la Tabla R-21, tenemos entonces que la válvula que cumple con nuestros requerimientos es:

Válvula Nº TK300F

Selección del Evaporador

El evaporador es el dispositivo en el cual el líquido refrigerante recibe el calor del producto a refrigerar, en nuestro caso las fresas, haciéndolo ebullir. Los tres tipos principales de construcción de evaporadores son de tubo descubierto, de superficie de placa y aleteados. También pueden ser de convección natural o forzada. Los evaporadores que usaremos se le denominan comúnmente unidades de enfriamiento de aire.

Para La Cámara de Refrigeración que estamos diseñando, tenemos los siguientes Datos:

Sabemos que:

DT = 14ºF

De la tabla R-8 del Dossat

Escogemos el modelo UC85 a DT = 15ºF ( aproximamos )

Capacidad = 12 750 Btu/h = 1.063 Ton refrig.

Número de evaporadores:

Nº evap = Capacidad teórica = 3.39/1.063 = 3.19

Capacidad

Nº evap = 4

Capacidad real = Capacidad x Nº evap

Capacidad real = 1.063 x 4

Entonces:

Capacidad real = 4.252 Ton > Capacidad = 3.39 Ton

Entonces Usaremos:

UC85

4 Evaporadores UC85, con 12 750 Btu/ h, 266 pies2 y 1 circuito

Con Motor de 1/12 HP 13 350 Btu/ 24h

Ventilador 16’’ y 1140 rpm

SELECCIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS

Datos del proyecto:

Se tienen los siguientes Datos para nuestra Cámara de Refrigercion:

Cantidad del Producto : 8 000 Kg

Tiempo de Funcionamiento : 17hrs

T°evaporación : 36°F

Pevaporador : 0.3348 MPa

T°condensación : 102ºF

Pcondensación : 0.9347 Mpa

Qtotal : 3.39 Ton

Diferencia de Presión a través de la

válvula : 87.0081 lbf/plg2

Material

Para este diseño usaremos el “Acero”, ya que usualmente en instalaciones donde se tenga una gran cantidad de tuberías de más de 2 pulg. se usa este material; es decir, que es adecuado para grandes plantas de refrigeración. El tubo de acero puede ser sin costura o soldado por recubrimiento. Otro beneficio de usar este material es su bajo costo en el mercado

Selección y dimensionamiento de la Tubería

Tubería de Admisión

El tamaño óptimo de la tubería de Admisión nos da la caída de presión mínima práctica en el refrigerante, de acuerdo con la velocidad de vapor que sea suficiente para asegurar el adecuado retorno del aceite: tubo de menor diámetro, puede causar una caída de presión excesiva; tubo de mayor diámetro, puede ocasionar que la velocidad sea menor que la requerida. Para nuestro diseño vamos a considerar tubería horizontal. En si esta tubería seria desde el Evaporador hasta la entrada del Compresor.

Para Tevap = 36 oF,

Escogiendo un tubo de 1” 1/4 pulg, tenemos (interpolando):

Según Tabla 19.2 del Texto Dossat

5.084 Ton de capacidad y un P = 1.732 psi

Longitud Equivalente de la Tubería:

Tubo…………………x pies

Accesorios…………. 55 pies (valor arbitrario)

Long. Equiv………… x + 55

Para Tcond = 102ºF, el factor de corrección es: 0.98 (Según Pág. 482)

Tonelaje Corregido:

Ton correg = Ton de capacidad x Factor de corrección

Ton correg = 0.98 x 2.508 = 2.458 Ton

Del gráfico de la pág. 482

Con Tevap = 36 º F y P = 1.732 psi

T = 2

ΔT=Longitud RealEquivalente , pies50

x( Ton . RealesTon .delaTabla )

1 .8

2= X+55

50x ( 3. 39

2 .458 )1. 8

, escogemos d = 1”

X=1. 064 pies

Entonces la Tubería de Admisión o Succión:

X=0 .324 mts Tubería de Acero de d = 1 pulg

Tubería de Descarga

Esta tubería conecta desde la salida del compresor hasta el condensador. Procedemos de manera similar que para el cálculo de la Tubería de Admisión.

Para Tevap = 36 oF,

Escogiendo un tubo de 1 pulg, tenemos (interpolando):

Según Tabla 19.2 del Texto Dossat

5.313 Ton de capacidad y un P = 3.66 psi (valor fijo para descarga)

Longitud Equivalente de la Tubería:

Tubo…………………x pies

Accesorios…………. 50 pies (Valor Arbitrario)

Long. Equiv………… x + 50

Para Tcond = 102ºF, el factor de corrección es: 0.98 (Según Pág. 482)

Tonelaje Corregido:

Ton correg = Ton de capacidad x Factor de corrección

Ton correg = 0.98 x 2.773 = 2.718 Ton

Del gráfico de la pág. 482

Con Tcond = 102 º F y P = 3.66 psi

T = 1.9

ΔT=Longitud RealEquivalente , pies50

x( Ton . RealesTon .delaTabla )

1 .8

1 .9=Y+50

50x ( 3.39

2.718 )1 . 8

Y=13 . 828 pies

Entonces la Tubería de Descarga:

Y=4 . 215mts de Tubería de Acero de d = 3/4 pulg

Tubería de Liquido

Es la Tubería que se encarga de transportar el liquido refrigerante condensado (liquido) del condensador hacia válvula de expansión. Debido a que no contamos con datos exactos nos limitaremos a asumir una longitud arbitraria en este caso:

Z≃5mt s de diámetro determinado.

Accesorios

Es necesario la implementación de termómetros y manómetro entre al válvula de paso de la línea de succión y el compresor, es de gran utilidad para poder monitorear las condiciones de succión en que se encuentra trabajando el compresor.

Se puede usar válvulas de paso para aislar el compresor del sistema, y de esta forma poder facilitar el mantenimiento de este.

Ayudaría en el mejoramiento del Sistema de Refrigeración de la Cámara el uso un filtro de líquido que nos asegure que él liquido circule por el sistema libre de partículas extrañas. Así como también se puede usar un filtro de Succión.

Hoy en día es muy usado un tanque receptor, él cual permite almacenar el refrigerante cuando se deje de trabajar por periodos largos o cuando se procede a

suministrar el mantenimiento necesario, esto es de gran ayuda ya que de no ser contemplado este accesorio se tendría que desechar el refrigerante cada vez que se desmonte algún componente del sistema. Además debido a que la cantidad de refrigerante en el evaporador y condensador varia con del sistema el tanque permite mantener al condensador drenado del líquido.

Una Válvula de Seguridad se puede instalar en la línea de descarga del compresor, con el propósito de proteger al sistema de refrigeración contra presiones excesivas que se puedan suscitar.

DIBUJO DE PLANTA

CONCLUSIONES

Se ha logrado diseñar una Cámara de Conservación para la fresa, la cual

se encargara de mantenerlo a una temperatura de 10ºC por un periodo de

10 días siempre y cuando se cumplan con todos los requerimientos que se

presentaron en el presente Diseño.

Se opto por usar una válvula de expansión termostática debido a su fácil

adaptabilidad a diversas aplicaciones y a su buena eficiencia.

El Refrigerante escogido fue el R-12, debido a que es un refrigerante

bastante seguro en el sentido de que no es tóxico, no es inflamable y no es

explosivo. Además es un compuesto altamente estable que es muy difícil

que falle aún bajo condiciones extremas de operación. Sin embargo al

ponerlo en contacto con una flama abierto, o con un elemento de

calefacción eléctrica, el R-12 se descompone en productos que son

altamente tóxicos.

Hoy en día la Industria del Frío está generando muchos Refrigerantes

Ecológicos los cuales son conocidos como HCF, es por eso que se

recomienda a las diferentes Industrias a empezar a reemplazar y probar

estos nuevos refrigerantes. En este Diseño se escogió el R-12 también

porque es el más accesible y barato por el momento, en todo caso de ser

posible se recomendaría usar el R-134ª, el cual pertenece a la familia de los

HFC y por lo tanto es menos toxico.

Tanto el Compresor, Condensador, Válvula de Expansión y Evaporador se

escogieron siguiendo como guía el Texto Dossat lo cual nos garantiza el

funcionamiento adecuado de estos equipos para las condiciones dadas.

BIBLIOGRAFIA

DOSSAT, Roy J. “Principios de Refrigeracion” .Editorial Continental. 3era

Edición, 15ava Reimpresión. México.1980.

STOECKER. W.F. “Refrigeración y Acondicionamiento de Aire” 1ª

Edición. Mc.Graw Hill BooK, México 1970.

EDWARD G. Pita “Principios y Sistemas de Refrigeración” México