PRINCIPIOS BASICOS DE REFRIGERACION Termodinámica La Termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados Leyes Termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera y la más importante de estas leyes dice La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro. Calor !l calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos de energía en energía de calor" por e#emplo, la energía mecánica que opera una rueda causa fricción y crea calor. $alor es frecuentemente definido como energía en tránsito, porque nunca se mantiene estática, ya que siempre está transmiti%ndos transmiti%ndose e de los cuerpos cálidos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol. &na cuc'ara sumergida en agua 'elada pierde su calor y se enfría" una cuc'ara sumergida en caf% caliente absorbe el calor del caf% y se calienta. (in embargo, las palabras )más caliente) y )más frío), son sólo t%rminos comparativos. !xiste calor a cualquier temperatura arriba de cero absoluto, incluso en cantidades extremadamente peque*as. $ero absoluto es el t%rmino usado por los científicos para describir la temperatura más ba#a que teóricamente es posible lograr, en la cual no existe calor, y que es de +-/$, o sea +01//2. La temperatura más fría que podemos sentir en la tierra es muc'o más alta en comparación con esta base. Transmisión Transmisión De Calor: La segunda ley importante de la termodinámica es aquella seg3n la cual el calor siempre via#a del cuerpo más cálido cálido al cuerpo más frío. !l grado de transmisión transmisión es direc directa tame ment nte e propo proporc rcio iona nall a la dife difere renc ncia ia de tempe tempera ratu tura ra entr entre e ambo amboss cuerpos. !l calo calorr pued puede e via# via#ar ar en tres tres dife difere rent ntes es form formas as 4adi 4adiac ació ión, n, $ond $onducc ucció ión n y $onvección. 4adiación es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio" un e#emplo de radiación es la transmisión de energía solar a la tierra. &na persona puede sentir el impacto de las ondas de calor, movi%ndose de la sombra a la luz del sol, aun cuando la temperatura del aire a su alrededor sea id%ntica en ambos lugares. Hay poca radiación a ba#as temperaturas, tambi%n cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es peque*a, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración. (in embargo, la radiación al espacio o al de un producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración. $onducción es el flu#o de calor a trav%s de una sustancia. 5ara que 'aya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere
contacto físico real. La $onducción es una forma de transmisión de calor sumamente eficiente. $ual $ualqu quie ierr pers person ona a que que 'a tocad ocado o una piez pieza a de met metal cal calient iente e pued puede e atestiguarlo. $onvección es el flu#o de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un líquido, generalmente agua o aire. !l aire puede ser calentado en un 'orno y despu%s descargado en el cuarto donde se encuentran los ob#etos que deben ser calentados por convección. La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura.
Temperatra La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. Tambi%n puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro. !n algunos países, la temperatura se mide en 6rados 2a'ren'eit, pero en nuestro país, y generalmente en el resto del mundo, se usa la esca escala la de 6rad 6rados os $ent $entíg ígrad rados os,, algu alguna nass veces veces llam llamad ada a $els $elsiu ius. s. 7mbas mbas escalas tienen dos puntos básicos en com3n el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del mar. 7l 7l nivel del mar, m ar, el agua se congela a /8$ o a /82 y 'ierve a 9//8$ o a 982. !n la escala 2a'ren'eit, la diferencia de temperatura entre estos dos puntos está dividida en 9:/ incrementos de igual magnitud llamados grados 2a'ren'eit, mientras que en la escala $entígrados, la diferencia de temperatura está dividida en 9// incrementos iguales llamados grados $entígrados. 7 continuación se describen los principios usados para la producción de efecto frigorífico !levación de la temperatura de un refrigerante el cual se encuentra a menor temperatura que la del medio que se desea enfriar. $ambio de fase. Los cambios de fase liquido a vapor, requieren de un calor que al ser extraídos del ambiente que rodea a dic'os procesos produce efecto frigorífico. !l calor de evaporación es el efecto usado para la operación de los ciclos de enfriamiento más corriente, tales como ciclo de compresión de vapor, el ciclo de absorción y el ciclo de eyección de vapor. !xpa !xpans nsió ión n de gase gases. s. $uan $uando do un gas gas se expa expand nde, e, aunq aunque ue perm perman anez ezca ca constante su entalpía, puede variar su temperatura.
Fncionamiento De !n Sistema Fri"or#$ico: (i queremos conseguir que el evaporador de una cámara se mantenga a ;9/<$ el compresor 'a de conseguir 9bar para el refrigerante 4+90 7. 9. 5ara que se evapore evapore todo el líquido líquido en el evaporador evaporador tiene tiene que existir existir una diferencia de temperatura.
!n el momento que se 'a evaporado el líquido, el gas empieza a robar temperatura del exterior y se recalienta. $on un termómetro podremos saber donde 'ay líquido o gas ya que el líquido tiene mayor poder de absorción del calor que el gas. . La presión se mantiene constante en todo el evaporador =excepto las p%rdidas de carga>. 7 la salida del evaporador el refrigerante es 9//? gas y se aísla la tubería 'asta el compresor para evitar más recalentamiento. . !l gas cuando llega al compresor es aspirado y lo expulsa a una presión superior =lo comprime> y a una temperatura superior. 0. 5ara volver a utilizar el refrigerante debemos licuarlo en el condensador. 5ara conseguir la condensación del refrigerante tambi%n tiene que existir una diferencia de temperatura entre el condensador y el aire externo. &na vez condensamos todo el gas en líquido subenfriamos el líquido. 0@1 partes del condensador tienen la misión de condensar y 9@1 en subenfriar. !l manómetro de alta nos indica la presión a la cual condensa y es constante en toda la parte de alta. A. !l refrigerante que proviene del condensador se almacena en el recipiente en estado líquido.
%OS REFRIGERANTES& (on sustancias sensibles a las diferencias de temperatura grandes que act3an como agentes de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. 5ropiamente 5ropiamente no existe existe un refrigerante refrigerante ideal y por las grandes diferencias diferencias en las condiciones y distintas necesidades presentes en la industria no 'ay un solo refrigerante que sea universalmente adaptable a todas las aplicaciones. (in embargo podemos decir que un refrigerante refrigerante será ideal cuando sus propiedades propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para la cual va a ser utilizado. 5ráct 5ráctic icam amen ente te cualq cualqui uier er flui fluido do puede puede ser ser usado usado para para abso absorbe rberr calo calor. r. Lo importante importante es que ocurra un cambio de estado de líquido líquido a vapor y viceversa el cual permite al refrigerante absorber y descargar calor en grandes cantidades de manera eficiente. &n refrigerante debe satisfacer dos importantes requisitos Bebe absorber el calor rápidamente rápidamente a la temperatura temperatura requerida requerida por la carga del producto. !l sistema debe usar el mismo refrigerante constantemente para enfriamiento continuo y razones de economía. !xisten diversos tipos de refrigerante amoniaco, bióxido de sulfuro, el propano, el etano y el cloruro metílico, los cuales se usan en muc'as aplicaciones. (in embargo debido debido a que estas sustancias sustancias son toxicas toxicas para las personas personas 'an sido
reemplazadas por sustancias con características especiales para usarse en la refrigeración.
Propiedades De %os Re$ri"erantes& - 5resiones de traba#o =evaporación y condensación> ba#as, para evitar que las tuberías y los equipos sean robustos y pesados. - !l punto de congelación debe ser ba#o puesto que el refrigerante debe mantener la fluidez por las tuberías. - $alor de vaporización alto ba#o ciertas condiciones para obtener un máximo de efecto frigorífico por unidad de masa de refrigerante que circula. - Columen especifico peque*o con lo cual se reduce el tama*o de las instalaciones y equipos. - Ciscosidad ba#a para reducir las perdidas por fricción en tuberías y equipos. - 7lto valor de coeficiente de conductividad t%rmica. !xisten equipos para almacenar el refrigeran los cuales se denominan 4ecipientes de 4efrigeración, estos cumplen dos funciones, la de almacenamiento de refrigerante y la separación de liquido@vapor. !l almacenamiento es necesario a fin de absorber las fluctuaciones en el flu#o de refrigerante debido a la demanda o 'a operaciones de descongelación. La separación del líquido del vapor se realizara a fin de evitar la entrada de líquido al compresor. 5rincipios generales de separación de Líquido y Capor. La separación se realiza fundamentalmente por gravedad. !n el caso de tanques 'orizontales la velocidad 'orizontal del vapor arrastra las gotas, que tambi%n están animadas de un movimiento vertical debido a la acción de la gravedad. (i inicialmente las gotas están en reposo, experimentan una aceleración con la dirección 'orizontal debido al arrastre de vapor y en la dirección vertical debido a la gravedad, las gotas alcanzan la superficie de líquido antes de abandonar el tanque. !l proceso de separación es adecuado. !ntonces, el tanque debe dise*arse para proveer suficiente tiempo a fin de que la mayoría de las gotas alcancen la superficie de líquido. $747$T!4D(TD$7( E!L 4+9 !ra el que más se empleaba por su buen comportamiento en general 'asta su pro'ibición. !vapora ;F.0<$ a presión atmosf%rica, era el más miscible con el aceite mineral, tenía una buena temperatura de descarga, admitía intercambiador de calor, se empleaban condensadores más peque*os. !l 4+9 absorbía poca 'umedad y por lo tanto formaba poco ácido en comparación con los nuevos refrigerantes. Las fugas se pueden detectar con lámpara busca fugas. $747$T!4D(TD$7( E!L 4+
!ste refrigerante es del grupo de los H$2$, inicialmente estaba dise*ado para aire acondicionado pero 'asta 'ace poco se emplea para todo. !vapora a ;0/,:<$ a presión atmosf%rica, es miscible con el aceite mineral y sint%tico pero en ba#as temperaturas es recomendable utilizar separador de aceite. 7cepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la temperatura de descarga. 7bsorbe : veces más 'umedad que el 4+9. 7ctualmente se pro'íbe su empleo en equipos e instalaciones nuevas excepto para equipos de aire acondicionado inferior a 9//G =ver calendario>. Las fugas tambi%n se pueden detectar con lámpara. $747$T!4D(TD$7( E!L 4+90a 5ertenece al grupo de los H2$, al no tener cloro no son miscibles con los aceites minerales, sólo se emplea aceite base !(T!4. !vapora a ;1<$ a presión atmosf%rica y es el sustituto definitivo para el 4+9. Los H2$ son muy 'igroscópicos y absorben gran cantidad de 'umedad. Ee los H2$ el 90a es el 3nico definitivo los demás se emplean para mezclas =4+9A, 4+90a, 4+9Aa>. (e detectan las fugas mediante busca fugas electrónicos o con otros medios como colorantes o el #abón de )toda la vida). 7ctualmente se comenta que los gases que pertenecen al grupo de los H2$ agravan más el efecto invernadero y al recalentamiento del planeta que las emisiones de $IJ, de manera que nos plantea una gran duda, Ku% gases emplearemos en el futuroM &na vez vistas las propiedades y el papel importante que #uegan los refrigerantes en el proceso frigorífico procederemos a explicar su comportamiento dentro de los equipos de refrigeración. !l recorrido que 'ace el refrigerante por cada componente se le llama ciclos de refrigeración.
CIC%OS DE REFRIGERACI'N& La refrigeración continua puede lograrse por diferentes procesos, en las aplicaciones de poco caballa#e se 'an utilizado los sistemas de compresión de vapor, com3nmente llamado ciclo básico de compresión, sin embargo se 'an usado exitosamente sistemas de absorción en diversas aplicaciones. !xisten dos presiones en el sistema de compresión la de evaporación o ba#a presión y la de condensación o alta presión. !l refrigerante act3a como medio de transporte para mover el calor del evaporador al condensador donde es desprendido a la atmósfera o en casos de sistemas enfriados por agua, al agua de enfriamiento.
!l ciclo ideal de refrigeración opera de la siguiente manera el refrigerante entra al compresor como vapor saturado y se comprime isentrópica mente 'asta la presión del condensador, durante este proceso la temperatura del refrigerante aumenta 'asta un valor superior a la temperatura del medio circulante en este caso a la del medio ambiente. Eespu%s el refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentado y sale como liquido, como resultado del rec'azo de calor con el medio de enfriamiento, el refrigerante liquido+saturado se estrangula 'asta la presión del evaporador al pasar por una válvula de expansión, la temperatura del refrigerante desciende por deba#o de la temperatura del espacio refrigerado durante este proceso. !l refrigerante ingresa al evaporador como mezcla de ba#a calidad el cual se evapora absorbiendo calor del espacio refrigerado, el refrigerante sale del evaporador como vapor saturado.
Dia"rama Entalpico De (ollier& !l diagrama de entalpía o diagrama de Nollier permite simplificar los cálculos generales que se encuentran en refrigeración. !sto permite en particular encontrar los valores siguientes 5resión del condensador. 5resión del evaporador. 4elación de compresión. $alor máximo del líquido. $alor máximo del vapor. $alor latente del fluido frigorígeno. 5roducción frigorífica. Columen específico del gas de salida del evaporador. !ntropía del gas. Temperatura del gas, despu%s de la compresión. !nergía necesaria de traba#o de compresión. $alor, disipado en el condensador. !l diagrama presión+calor máximo o entálpico se presenta esquemáticamente de la forma siguiente (obre el e#e vertical se encuentran las presiones, que son generalmente presiones absolutas. !l e#e 'orizontal está graduado en calorías por Gilogramo de fluido, está indicando el calor total del fluido en estado considerado. !ntre estos dos e#es se encuentra de izquierda a derec'a, las características del fluido, en estado líquido saturado =líquido que no contenga vapor> pues las diversas cualidades de los fluidos contienen ? de vapor mezclado con el líquido. !ncontrando despu%s la curva del vapor saturado, vapor, que no contiene nada de líquido, esta es la condición del vapor al final de evaporador. 7 la derec'a de esta curva, tres series de curvas dan los valores de entropías, de vol3menes específicos y de la temperatura para el vapor saturado y recalentamiento. !tili)ación Práctica De %os Dia"ramas Entalpicos&
(uponiendo la evaporación a 9/<$ y la condensación a 0A<$, en el depósito de líquido la temperatura de este es de 0/<$ =punto 7 del diagrama>. La presión absoluta es de 9-, bar.
Paso a tra*+s de la *ál*la: Eurante el paso a trav%s del reductor, la temperatura y la presión ba#an seg3n 7BO del diagrama, la temperatura desciende a la de evaporación 9/<$ y la presión absoluta a ,Abar. &n golpe de vista al diagrama permite constatar que en ese momento no 'ay líquido saturado, sino una mezcla de líquido y gas en la proporción de /? vapor y -/? de líquido. !l /? de liquido que se 'a vaporizado es el que 'a servido para ba#ar de temperatura el líquido de 0/<$ a ;9/<$. (i prolongamos verticalmente el trazo 7BO 'asta encontrarse con el e#e de ordenadas nos da un valor de calor total de A/ PQ por Gilo de refrigerante =punto B>. Paso a tra*+s del e*aporador: !l paso a trav%s del evaporador está representado por la recta BO$. !n el curso de este paso la temperatura es constante ;9/<$ así como la presión ,Abar. 5oco a poco a medida que el fluido pasa por el evaporador, va de B 'acia $ el -/? de vapor y /? de líquido se convierten en vapor saturado o sea 9//? gas. =5unto $>. 7l proyectar verticalmente el punto $ a la línea de ordenadas podemos ver la cantidad de calor que contiene el vapor saturado 0// PQ@Gilo. Paso a tra*+s del compresor: (uponiendo que el gas penetra en el condensador totalmente vaporizado, el paso a trav%s del cilindro está representado por la línea !2 que es la curva de entropía constante. !n el punto !, la compresión comienza y queda terminada en el punto 2, en este momento la temperatura de gas está entre -/<$ y :/<$. (i prolongamos 2 sobre el e#e de las ordenadas, nos encontramos al final de la compresión tenemos 0A/PQ@Pg. Ener"#a necesaria para la compresión: La diferencia entre 09/ y 0A/ del comienzo al final de la compresión son 0/PQ@Pg =F,1Pcal@Gg> que es el calor equivalente al traba#o del compresor. 7nteriormente 'emos visto que eran necesarios -,-Pg@' de refrigerante para conseguir 9/// frigorías por lo tanto F,1 x -,-R 1:,: Pcal. La equivalencia calorífica de 9$C@'ora es de 1- Pcal. la potencia teórica necesaria será de
,olmen espec#$ico: Eentro del punto ! se encuentra un valor importante, este es el volumen específico del vapor. !ste valor se encuentra por estimación en 9APg@mS. $on este valor podemos obtener la cilindrada del compresor. $omo para obtener 9/// frigorías nos 'ace falta -,-Gg de fluido y que este fluido está formado por gas a un volumen específico de 9APg@mS. (i el compresor debe producir 9/// frigorías por 'ora el compresor dispondrá de un cilindro de 9,:mS@'. La relación de compresión la podemos conocer dividiendo la presión absoluta de alta por la de ba#a
Paso a tra*+s del condensador: Ee 2 a 7 el fluido comprimido atraviesa el condensador. !n esto 'ay dos etapas, en la primer, el vapor recalentado pasa de 2 a 6. 7quí todavía no 'ay condensación sino simple enfriamiento del gas donde la temperatura pasa de :/<$ a 0A<$ cuando alcanza el punto 6 sobre la curva del vapor saturado, esto sucede en las primeras espiras del condensador. 7 partir de aquí empieza la condensación 'asta el punto H donde tenemos 9//? líquido. Ee aquí volvemos al punto 7.
Ciclos de A-sorción Los ciclos de refrigeración por absorción con mezcla binaria son ciclos termoquímicos que, a diferencia de los ciclos de compresión, no requieren energía mecánica a excepción de la necesaria para la circulación de solución y cuya magnitud resulta despreciable comparada con la de compresión. !sto
permite una efectiva recuperación de energía en aquellos casos en que se dispone de calor )perdido) o )no utilizado) de ba#o costo. Eos mezclas binarias 'an alcanzado un gran campo de aplicación en todo el mundo HI+BrLi, con agua como refrigerante y bromuro de litio como absorbente. &tilizada con %xito para enfriamiento de agua, pero limitadas a temperaturas de enfriamiento superiores a 0 <$ y restringida a ba#as temperaturas de disipación de calor de condensación+absorción. UH+HI, con amoníaco como refrigerante y agua como absorbente. 5ara aplicaciones con temperaturas de enfriamiento de 'asta ;1/ <$. Los sistemas de absorción de amoníaco+agua admiten altas temperaturas de disipación y presentan venta#as t%cnicas respecto a los de HI+BrLi, siendo aptos para un rango de aplicación más amplio que abarca procesos químicos, petroquímicos, refinerías, conservación y congelamiento de productos alimenticios, etc. Tambi%n resultan de aplicación en acondicionamiento de aire en circunstancias particulares tales como alta temperatura de disipación de calor de condensación+absorción y confiabilidad de operación ba#o condiciones de servicio de funcionamiento continuo.
E.!IPOS Los equipos que conforman un sistema de refrigeración básico son Compresor. !ncargado de incrementar la presión del sistema y por consiguiente la temperatura del refrigerante. (olo traba#a con vapor. Condensador. !n este equipo se produce un cambio de fase del refrigerante de vapor a líquido mediante la extracción de calor. Recipiente de líquido. !ncargado de recolectar todo el líquido proveniente del condensador a demás garantiza que el sistema siempre contenga refrigerante. Filtro. !ncargado de impedir que cualquier impureza no deseable ingrese al condensador los lo que podría originar da*os a los equipos. Evaporador. !n el se realiza la función principal de refrigeración debido a que este equipo se encuentra dentro de la zona o área que se desea refrigerar. Intercambiador de calor. (on dispositivos para transferir calor de un medio de alta temperatura a otro que se encuentra a una temperatura inferior. (e utilizan con el fin de evitar la escarc'a o congelación, subenfriar el refrigerante para evitar la formación de gas en el conducto de líquido, para evaporar cualquier refrigerante liquido que salga del evaporador, todo esto contribuye 'a aumentar la eficiencia del sistema.
(in embardo existe gran diferencia entre la refrigeración básica o dom%stica con la refrigeración industrial campo que nos compete, pero para una comprensión debemos comenzar por lo básico de allí todo lo anterior mente expuesto.
CO(PRESOR& !l comportamiento del compresor es caracterizado por medio de dos ecuaciones que proporcionan el flu#o másico trasegado y la entalpía de salida. !stas ecuaciones son las siguientes
Los valores del rendimiento volum%trico y del rendimiento global del compresor se obtienen a partir de correlaciones dependientes de la relación de presiones de descarga y succión. !stas correlaciones se pueden obtener fácilmente a partir de los datos de catálogo proporcionados por los fabricantes o a partir de ensayos realizados en laboratorio. Las ecuaciones anteriormente descritas pueden ser escritas del siguiente modo
E,APORADOR !l evaporador es el lugar de la instalación donde se produce el intercambio t%rmico entre el refrigerante y el medio a enfriar. !n los evaporadores inundados la transmisión de calor es uniforme, en los secos es una mezcla de gas y líquido pulverizado.
La cantidad de calor que absorbe el evaporador depende de la superficie, la diferencia de temperatura =entre el exterior y la temperatura de evaporación> y el coeficiente de transmisión de calor =P> que es el material que empleamos.
(R (uperficie =mJ> VtR Eiferencia de temperatura PR $oeficiente de transmisión de calor =Pcal@mJ@$<" W@mJ@$<> R $antidad de calor =W, Pcal.> La superficie es siempre constante, puede variar el Vt =ventiladores> o la P ='ielo en el evaporador, exceso de aceite, etc.>. $uando el líquido entra en el evaporador a trav%s del elemento de expansión una parte se evapora =/?> para enfriarse a si mismo, el resto va robando calor al exterior y va evaporándose a medida que atraviesa el evaporador. La presión y la temperatura se mantienen constantes debido a que por el evaporador circula líquido, en el momento que se 'alla evaporado todo, si el refrigerante sigue robando calor del exterior obtendremos gas recalentado o recalentamiento. Lo ideal sería que el recalentamiento empezara en la llave de aspiración del compresor, de esta manera disminuimos la temperatura de descarga del gas e incrementamos capacidad frigorífica, pero resulta complicado ya que corremos el riesgo de que nos llegue líquido al compresor. &na vez el refrigerante sale del evaporador se aísla la tubería de aspiración para evitar más recalentamiento. La cantidad de calor que puede absorber el evaporador viene expresado en Pcal@' o W@'. Los evaporadores pueden ser estáticos o de tiro forzado, seg3n el Vt que quedamos conseguir. !l aire al tocar el tubo del evaporador enfría el aire y lo pone a A<$, al pasar por el segundo tubo lo enfriamos más y lo ponemos a /<$.
!l segundo tubo roba menos calor ya que 'ay menos Vt. (i pusi%ramos una sola fila de tubos para conseguir la misma temperatura necesitaríamos más espacio, pero obtendríamos me#or rendimiento.
!n evaporadores estáticos no es recomendable poner más de dos filas de tubos, para ello necesitaremos un ventilador para que el aire circule por todos los tubos. =a más tubos mayor velocidad de aire debemos conseguir>. La presión en el evaporador no se mantiene constante a causa de las p%rdidas de carga. 5ara evitar estas p%rdidas de carga en evaporadores grandes se divide en secciones. $ada parte del evaporador 'a de ser de igual longitud y van a parar a un colector. La 'umedad afecta negativamente en el rendimiento del evaporador, al enfriar el aire de <$ =-/? de 'umedad relativa> a ;/<$ la 'umedad pasa a ser del 9//? y pasamos de 9/ gr. de agua por mS de aire a gr@mS. Los - gr@mS restantes se quedan en el evaporador en forma de escarc'a. 7l tocar el aire con el producto robamos calor al producto, como al aire le falta agua tambi%n robamos 'umedad del producto. La 'umedad relativa necesaria depende del producto que tenemos que almacenar para no des'idratar el producto. 5ara evitar la des'idratación del producto, se debe envasar o acortar el Vt. 7 mayor velocidad de aire, mayor Vt conseguimos y enfriamos más rápido, para conservar alimentos sin envasar necesitamos poco Vt para no des'idratarlo =utilizando evap estáticos 5.!.>. 7cumuladores 5ara !vaporadores Dnundados. Los acumuladores para evaporadores inundados sirven para separar el líquido del vapor y para almacenar el refrigerante. La función de acumulación es necesaria durante la descongelación y cuando la carga de refrigeración aumenta s3bitamente. Los acumuladores deben tener dimensiones generosas a fin de permitir tiempos de residencia largos. !sa com3n recomendar que los acumuladores 'orizontales tengan capacidad igual al doble de los tanques verticales. !l volumen libre de líquido en el tanque debe ser igual al doble del volumen del evaporador de tubo y aletas. !l volumen libre de líquido es igual al espacio entre el nivel máximo de líquido y el nivel de salida del evaporador 'acia la tubería de admisión.
CONDENSADORES E,APORATI,OS& 7l igual que en el caso de las torres de refrigeración, los condensadores evaporativos se utilizan para enfriar el agua del proceso. La diferencia es que a'ora el agua caliente pulverizada cae sobre un serpentín por cuyo interior circula un líquido refrigerante. 7l mismo tiempo, una corriente ascendente de aire evapora parte del agua pulverizada, la cual sufre un enfriamiento, enfriando a su vez el líquido refrigerante.
Ee manera similar a las torres de refrigeración, el aire sale al exterior a trav%s del separador de gotas, y el agua enfriada se recoge en una bande#a situada en la parte inferior que, de igual modo que en las torres, dispone de un sistema de control del nivel de agua para determinar cuándo y en qu% medida 'ay que aportar agua de renovación.
Capacidad Del Condensador& La capacidad del condensador es la cantidad de calor que el condensador es capaz de extraer al refrigerante. (i disminuimos la temperatura de condensación el condensador podrá ser más peque*o. Tambi%n nos modifica la capacidad del condensador la relación de compresión, o la diferencia de presión entre la ba#a y la alta. $uando más alta sea la temperatura de condensación más grande deberá ser el condensador para la misma potencia frigorífica. 5or e#emplo si tenemos dos cámaras de la misma potencia frigorífica pero de diferentes temperaturas aumentaría la capacidad del condensador al aumentar la relación de compresión. !l Vt de condensador es la diferencia de temperatura entre el medio condensante y la temperatura de condensación. !l problema de todos los condensadores es la suciedad que se acumula que 'ace de aislante impidiendo que salga el calor.
Por e/emplo:
0A/ a la entrada menos A/ a la salida son //PQ@Pg de refrigerante, que es calor que extrae el condensador a un Gilo de refrigerante. // x /,::R 0-,-1 Gcal@Gg 0-,-1Pcal@Gg x -,- Pg@' R 9,FAPcal@' 5ara producir 9/// frigorías necesito un condensador de 9,FA Pcal@'.
!l condensador tiene la función de poner en contacto los gases que provienen del compresor con un medio para licuarlo. &na parte de condensador tiene la función de quitar el calor sensible =9@1 parte>, cuando llegamos a la temperatura de condensación ya no podemos enfriar más y empezamos a condensar. =0@1>. !l condensador suele ser un /? más grande que el evaporador. 5ara poder condensar 'a de 'aber 9/<$ de Vt entre la temperatura de condensación y el medio condensable. &n buen subenfriamiento es de 1+:<$ por deba#o de la temperatura de condensación. (i el condensador fuera demasiado grande no tendríamos suficiente presión de alta y no podríamos empu#ar el líquido 'acia el evaporador. La presión ideal de condensación es la mínima que podamos mantener todo el a*o. !n el momento que cesa el medio condensable aumentaría la temperatura de condensación y la presión.
Cálclos Del Condensador& !n los condensadores de aire debemos conocer el volumen de aire que es capaz de mover el condensador para asegurar el intercambio de calor. 5ara conocer el volumen primero debemos conocer la velocidad del aire, este valor nos lo da el anemómetro. Eespu%s debemos conocer la superficie del condensador. (i el condensador es de 0/ cm. x A cm. R 9mJ y si la velocidad obtenida es de 9/m@s el resultado será 9/ m@s x 9mJ R 9/mS@s R 1//mS@' !#emplo 9 Tenemos un condensador que mueve A//mS@', la temperatura del aire que entra es de /<$ y del que sale :<$.
!l calor específico del aire seco es /,0 y el del aire '3medo /,F. La cantidad de calor que roba el condensador al refrigerante es de Rm x Vt c $e R A//m@' x : x /,FR 991/ Gcal@'. !#emplo Hallar la longitud de un condensador a contra corriente para ayudar a un condensador de aire, la ayuda es de 9.A// Gcal@', empleando un tubo exterior circulación del agua de -@:) y A@:) para la circulación del gas. PR 1// VtR de entre 9/ a 9<$ 9 metro lineal de A@:) tiene /,/Am R 1// x /,/A x 9R 1/Gcal@'.@m Longitud del tubo R 9A// 1/ R 0,91m de tubo de A@:).
,A%,!%AS& Las válvulas son todos aquellos aparatos o dispositivos que son colocados en las líneas de refrigerante y pueden restringir e incluso bloquear el flu#o del mismo. 5ara el caso de alimentación de refrigerante líquido a un recipiente acumulador de inundación 'ay tres tipos de válvulas importantes las llaves de paso manuales, las válvulas solenoides y las válvulas de expansión manual. Llaves de paso su función es aislar una parte del retro del sistema. Las laves de paso no ofrecen la posibilidad de regulación, ya que la primera vuelta resulta prácticamente en el flu#o máximo. Válvula solenoide: son llaves de paso operadas por medio de energía el%ctrica. La más com3n es la válvula normalmente cerrada. Las válvulas solenoides de acción directa son aquellas en donde la fuerza magn%tica e#ercida por la bobina al circular una corriente el%ctrica levanta el vástago, lo que permite la circulación de flu#o. Válvulas de balanceo: su función es estrangular el flu#o de refrigerante a los serpentines con el propósito de aumentar la presión y lograr una alimentación adecuada del líquido refrigerante. !l circuito serpentín+tuberías de estos evaporadores tiene una menor caída de presión. La acción de la válvula de balanceo incrementa la presión de suministro del líquido desviando 'acia otros serpentines. !n sistemas de circulación de líquido, la caída de presión a trav%s de las válvulas de cierre es menor que la que ocurre cuando una válvula de expansión separa las presiones de condensación y de evaporación. Las válvulas que regulan el flu#o de liquido a los recipientes de nivel controlado, son usualmente válvulas solenoides Xno+offY operadas el%ctricamente, dic'as válvulas se usan en combinación con una válvula de control de expansión manual cuyo ob#etivo es prevenir las grandes e irregulares fluctuaciones de presión en el recipiente provocadas al abrir y cerrar la válvula solenoide. La caída de presión ocurre en ambas válvulas, la válvula de expansión manual y la válvula solenoide, incluso cuando la válvula solenoide esta abierta, pero
aproximadamente @ de la caída de presión es absorbida por la válvula de expansión manual. Las válvulas que controlan el flu#o de acuerdo con el nivel de líquido en un tanque son válvulas solenoides que funcionan como llaves de paso. &sualmente se instala una válvula de operación manual para regular el flu#o del refrigerante líquido al tanque de inundación y así absorber las fluctuaciones de presión producidas por la válvula solenoide al abrirse y la cerrarse. La válvula de expansión manual se selecciona a fin de proveer las dos terceras parte de la caída de presión a trav%s de ambas válvulas.
,ál*las De E0pansión Termostáticas
Las válvulas de expansión termostáticas están formadas por Bulbo !s un elemento cargado con el mismo refrigerante que 'ay que controlar. La presión que e#erce este refrigerante depende de la temperatura al final del evaporador y act3a sobre el orificio calibrado de la válvula. La presión del bulbo es presión de apertura =a más temperatura mayor apertura>. Tornillo de recalentamiento va a#ustado de fábrica con 0<$ =respecto la presión de ba#a>, la presión que e#ercemos con el tornillo contrarresta la presión del bulbo. 5cierre R 5tornillo 5ba#a 5apertura R 5bulbo
,ál*las De E0pansión Termostática Con Compensación Interna: &na vez entra el refrigerante en el evaporador va robando calor del medio a enfriar y se va evaporando. Hasta el momento que no llegue líquido al bulbo y lo enfríe la válvula de expansión no cerrará. $uando conseguimos enfriar el bulbo y el recalentamiento es de 0<$ empezamos a cerrar la válvula. &na vez cerrara la válvula aumenta el recalentamiento y por lo tanto la presión del bulbo vuelve abrir la válvula.
!ste tipo de válvulas no son recomendables para evaporadores que existan grandes p%rdidas de presión.
,ál*las De E0pansión Termostáticas De Compensación E0terna& $uando las p%rdidas de carga en el evaporador son considerables se emplean válvulas de expansión de compensación externa. !stas a diferencia de las anteriores toman la presión de ba#a al final del evaporador #usto detrás del bulbo, de esta manera aunque existan p%rdidas de carga la presión de ba#a es más exacta. 5or e#emplo si tenemos p%rdidas de presión la presión de ba#a es de /,1 bar pero al principio tengo 9,9 bar.
La presión de cierre sería 9,9 /,A =tornillo> R 9,1 bar, por lo tanto el bulbo debe estar a más de ;9:<$ para que la válvula empiece a regar. !ntonces necesito 9<$ de recalentamiento =/,1 bar R +/<$> no regamos todo el evaporador. $on una válvula de compensación externa la presión que existe despu%s de la válvula ya no es importante, cogemos la que existe despu%s del bulbo que es la presión de aspiración.
,ál*las (&O&P&: (i a*adimos muc'a carga t%rmica en una cámara =teníamos ;/<$ y pasamos a /<$> dentro del evaporador se nos evapora más gas, la válvula no cierra y el compresor traba#a más. 5ara evitar que el consumo del compresor sea elevado se coloca una válvula de expansión NI5 o de presión de operación máxima. !ste tipo de válvulas nos limita la presión máxima de traba#o, por e#emplo una válvula NI5 fi#ada a +/<$ significa que la presión máxima de evaporación que de#a pasar es de 9,Abar. !sto se consigue llenando el bulbo de gas con un poco de líquido que se evapora a ;/<$ o a la temperatura de la presión máxima de traba#o que queramos conseguir. (i la temperatura es inferior a ;/<$ podemos controlar el recalentamiento pero si superamos esta temperatura el líquido se evapora y el bulbo no es capaz de dar más presión de apertura y va cerrando la válvula 'asta que se consigue la presión adecuada. !scalas de las válvulas U
9/<$
+0/<$
UN
+A<$
+0/<$
UL
+9A<$
+0/<$
B +A<$ +1/<$ ,ál*la De E0pansión Atomática: 2ísicamente es parecida a la termostática pero sin bulbo
!sta válvula mantiene la presión del evaporador constante.
(i a#ustamos la válvula a 9 bar, si el evaporador está a menos vence la fuerza del resorte y abre la válvula. !n el momento en que el evaporador alcance 9,9 bar la válvula cierra. Uo se puede utilizar con solenoide se usa en instalaciones que cierran por temperatura.
,ál*la de e0pansión (anal& !s parecida a una llave de paso, se utiliza en grandes instalaciones ba#o la supervisión de un mecánico. Cálvulas Ee 2lotador. (e usa en evaporadores inundados, mantienen un nivel de líquido en el evaporador. 7 medida que se evapora el líquido la bolla abre la válvula y entra líquido en el evaporador. !l gas evaporado se va al condensador.
,ál*la de E0pansión Electrónica& !sta formado por una válvula solenoide conectada a un microprocesador el cual lleva un programa y dos sondas, una conectada al principio y otra al final del evaporador. 5odemos traba#ar con muc'a precisión, 'asta con 9<$ de recalentamiento $omo el agua para evaporarse necesita A:,0 Pcal =calor latente> se podría utilizar de refrigerante ya que robaría calor de un cuerpo que se encontrara a más temperatura. 5ara refrigeración se utilizan refrigerantes como el 4+9, 4+, etc. que tienen puntos de ebullición muy ba#os y por consiguiente son muy volátiles y se deben conservar en recipientes 'erm%ticos sometidos a presión. (i en el interior de este recipiente tenemos 4+9 liquido a ;F<$ y la temperatura ambiente en el exterior de la botella es de /<$, el refrigerante empezaría a robar calor y a evaporarse. 7l estar la botella cerrara aumentaría la presión de la botella 'asta 1,A bar que es la presión equivalente a /<$.
5odemos aprovec'ar esta característica para enfriar una 'abitación si colocamos un recipiente con refrigerante sometido a la presión atmosf%rica. 7 la presión atmosf%rica el 4+9 evapora a ;/<$, por lo tanto podemos mantener la 'abitación a 0<$ perfectamente. !ste sistema de refrigeración no sería factible ya que el refrigerante se lanza a la atmósfera sin posibilidad de recuperarlo. (i colocamos una estrangulación en el escape podríamos evaporar a temperaturas más ba#as al disminuir la presión.
CARGA DE REFRIGERACION& De$inición de car"a t+rmica: Tambi%n nombrada como carga de enfriamiento, es la cantidad de energía que se requiere vencer en un área para mantener determinadas condiciones de temperatura y 'umedad para una aplicación específica. !s la cantidad de calor que se retira de un espacio definido, se expresa en BT&, la unidad utilizada comercialmente relaciona unidad de tiempo, Btu/r . 5ara realizar el estimado de la carga de enfriamiento requerida con la mayor exactitud posible en espacios cerrados, las siguientes condiciones son de las más importantes para evaluar Eatos atmosf%ricos del sitio. La característica de la edificación, dimensiones físicas. La orientación del edificio, la dirección de las paredes del espacio a acondicionar. !l momento del día en que la carga llega a su pico. !spesor y características de los aislamientos. La cantidad de sombra en los vidrios. $oncentración de personar en el local. Las fuentes de calor internas. La cantidad de ventilación requerida.
Las variables que afectan el cálculo de cargas t%rmicas son numerosas, frecuentemente difíciles para definir en forma precisa, y no siempre están en cada momento mutuamente relacionadas. Nuc'as variables de cargas de enfriamiento cambian extensamente en magnitud durante un período de 0 'oras. Los cambios de estas variables pueden producirse en momentos diferentes unos de otros, por ello deben analizarse detalladamente para establecer la carga de enfriamiento necesaria para un establecimiento o dividirse este en zonas. !l paso de calor construcción, su aislamiento y su refrigerado y aire
a trav%s de paredes, pisos, tec'os varían con el tipo de área expuesta a una diferencia de temperatura, tipo de espesor, y la diferencia de temperatura entre el espacio ambiente son factores que siempre deben estar presentes
cuando nos veamos en la necesidad de calcular la capacidad de nuestro sistema de refrigeración.
Consideraciones iniciales de dise1o 5ara calcular la carga de enfriamiento de un espacio, se requiere información de dise*o detallada de la edificación e información climática a las condiciones de dise*o seleccionados. !s recomendable seguir los siguientes pasos
Caracter#sticas de la Edi$icación&
N7T!4D7L!( E! $IU(T4&$$DZU, T7N7[I E! LI( $IN5IU!UT!(, $ILI4!( !\T!4UI( E! 2&!UT!( ] 2I4N7( (IU UI4N7LN!UT! E!T!4NDU7EI( 7 574TD4 E! LI( 5L7UI( E! L7 !ED2D$7$DZU ] !(5!$D2D$7$DIU!(.
Con$i"ración&
Eetermine la ubicación, orientación y sombra externa de la edificación a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edificaciones adyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio propuesto.
Condiciones de Dise1o Interior&
(eleccionar las condiciones de dise*o interior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de bulbo '3medo.
Rtina de Operación&
Ibtener una rutina de iluminación, ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar la carga t%rmica interna. Eetermine la probabilidad de que el equipo de refrigeración sea operado continuamente o apagado durante períodos de no ocupación.
Calor sensi-le a e0traer
,entilación 2in$iltraciones3
(e relaciona con la cantidad necesaria de calor que 'ay que extraer al producto para conseguir las condiciones necesarias para el almacenamiento del mismo. !l intercambio de aire incrementa la carga t%rmica debido a que el aire entrante debe ser enfriado desde la temperatura del aire exterior a la temperatura del aire interior, este fenómeno incrementa la carga y disminuye el rendimiento del sistema.
Calclo De %a Car"a La temperatura óptima de almacenamiento debe ser continuamente mantenida para obtener todos los beneficios que brinda el cuarto frío. 5ara asegurar que el cuarto está a la temperatura indicada, debe calcularse la capacidad de refrigeración requerida, usando las condiciones más críticas que puedan ocurrir durante esta operación. !stas condiciones incluyen el valor máximo en la temperatura exterior, la máxima carga de producto a enfriar por día y la máxima temperatura del producto al ser enfriado, para ello se describirá a continuación el (+todo Detallado De %a AS4RAE: 5& Fente e0terna 5&5 $arga t%rmica por $onducción, $onvección y 4adiación representa el calor sensible a trav%s de paredes, pisos y tec'os. Qp = qp
24 h N °trabajo 24 h .
qp = U ⋅ Ap ⋅ [ ( Text . + To) + ∆Tsolar ]
& R $oeficiente global de trasferencia de calor. 1
U =
1
ho
+
∑ xk
i
i
+
1
he
'o R coeficiente de película interna BTU / h ⋅ ft ⋅ ° F 'e R coeficiente de película interna BTU / h ⋅ ft ⋅ ° F P R conductividad t%rmica del material de la pared BTU / h ⋅ ft \ R espesor de pared [ in] . 7p R ^rea de la pared ( ft . Text R temperatura exterior de dise*o ( F ) . To R temperatura deseada para el interior de la cava ( F ) . 2
2
2
⋅ ° F
2
°
°
5&6 $arga t%rmica por infiltraciones de aire. a> Dnfiltraciones por intercambia de aire. !ste fenómeno se presenta por el intercambia de masa de aire de diferentes densidades entre el cuarto refrigerado y el exterior produciendo un aumento en la temperatura de la cava. !ste calor por infiltraciones lo podemos calcular por Q inf
=
q ⋅ Dt ⋅ Df ⋅ (1 − E )
Eonde q R carga de refrigeración para flu#o establecido
ρ − hr ) ⋅ ρ r ⋅ 1 − i ⋅ [ g ⋅ H ] ⋅ Fm ρ r 7 R área de las puertas. 'i R entalpía del aire exterior = BTU / lb >. 'r R entalpía del aire refrigerado = BTU / lb >. q = 795.6 ⋅ A ⋅ ( hi
0.5
BTU / h
Et R factor de tiempo. se expresa área libre de paso / área de total puerta Ef R factor de flu#o. se expresa !" de oras que las puertas permanecen abiertas / !" de oras que opera el #ri$orí#ico
! R eficiencia del medio de protección. ρ R densidad del aire exterior lb / ft . ρ R densidad del aire refrigerado lb / ft . g R aceleración de la gravedad 32.174 ft / s . 3
i
3
r
2
9. Calor de conducci%n $alor que entra por las paredes tec'o y piso aislados. . Calor de campo $alor extraído del producto para ser llevado a la temperatura de almacenamiento. . Calor de respiraci%n $alor generado por el producto, que es el resultado de las reacciones naturales del mismo. 0. Car$a de servicio Tambi%n llamada carga mixta" es el calor producido por las luces, el equipo, los traba#adores y por el aire caliente y '3medo que entra cuando se realiza la apertura de puertas.
Car"a miscelánea La cuarta fuente de calor comprende lo que se conoce con el nombre de Xcargas por serviciosY o cargas misceláneas. Dncluye el calor generado por equipos como luces, ventiladores, por la gente que traba#a en la sala de almacenamiento, #unto con el calor debido al aire cálido que entra en el cuarto cuando la puerta se abre y el calor que entra por la infiltración de aire debido a sellos defectuosos en las puertas y otras rupturas. La cantidad de calor aportada por estas fuentes es muy difícil de estimar precisamente. !l servicio de carga se reparte igualmente y puede ser estimada como un 9/ por ciento del calor de las otras fuentes =calor de conducción,>. (edida del sistema de re$ri"eración& Los sistemas de refrigeración son clasificados por la cantidad de calor que mueven o desplazan en una longitud determinada de tiempo, siendo la unidad estándar de clasificación, la tonelada, la cual es igual a ::./// Btu en 0 'oras, es decir 9./// Btu por 'ora. La capacidad requerida para mantener una temperatura específica aumenta sí 9. !l sistema de refrigeración es usado solo parte del día. . (e almacena más de la cantidad inicial de fruta por día. . !l edificio fuera más grande. 0. La fruta ingresara con temperaturas superiores a las planteadas inicialmente. A. La temperatura exterior fuera mayor a la planteada. 7demás, es una buena práctica aumentar un poco la capacidad del sistema porque el calor que se retira del producto no es el constante durante el ciclo, pero es más grande al principio. (i la capacidad del sistema no es suficiente para superar la inercia t%rmica del producto, el tiempo de enfriamiento puede aumentar los límites especificados para el producto. 5ara compensar esta
condición, cuando se traba#a con la mayoría de los alimentos, se debe multiplicar la capacidad del sistema de refrigeración por un factor de enfriado de 9.A.
Redcción de la car"a de re$ri"eración &na vez que el calor de campo se 'a retirado del producto, se requiere muc'a menos capacidad de refrigeración para que se mantenga la temperatura de almacenamiento. 5or lo tanto, cualquier cosa que puede 'acerse para reba#ar la temperatura que se presenta en el campo, reducirá significativamente la carga inicial de calor, reduciendo así el costo del equipo de refrigeración requerido y la energía el%ctrica con la cual se operan dic'os equipos. $osec'ando muy temprano o muy tarde en el día o incluso en la noc'e, podemos ayudar a reducir el costo de refrigeración. !l preenfriamiento con agua es tambi%n, un m%todo eficiente desde el punto de vista energ%tico, para realizar esta labor antes de colocar el producto en la sala de enfriamiento. (in embargo, debemos notar que algunos tipos de producto son sensibles al 'umedecimiento y además el agua fomenta el crecimiento de microorganismos. 7unque duplicando el valor de aislamiento en las paredes, tec'o y el piso logramos que se reduzca el calor por conducción casi 'asta la mitad, el porcenta#e de reducción de la carga total de calor sería peque*a. Ibservamos de nuevo, que la 3nica manera para reducir el calor carga considerablemente, está comenzar el proceso de enfriamiento con la fruta tan fresca como sea posible.
Tama1o de la !nidad de Re$ri"eración La capacidad de enfriamiento y la de almacenamiento dependen del tama*o de la estructura y de la capacidad del sistema de refrigeración, así que es básico determinar la cantidad de producto que se desea enfriar y almacenar. La capacidad de enfriamiento es una medida de la velocidad a la que un sistema puede transferir energía calórica y es expresada normalmente en toneladas. &na tonelada de refrigeración es la que puede transferir el calor necesario para disolver una tonelada de 'ielo en un período de 0 'oras =::./// BT&>. Eic'o de otra manera, un sistema de refrigeración de una tonelada es, teóricamente, capaz de congelar una tonelada de agua en 0 'oras, es decir que puede transferir ::./// BT& en 0 'oras o 9./// BT& por 'ora. !l tama*o correcto de una unidad de refrigeración es determinada por tres factores, el primero de los cuales es el volumen de producto a ser enfriado y su empaque, ya que muc'os productos son vendidos en ca#as o bolsas. Ibviamente, a mayor cantidad de producto a enfriar, mayor será la unidad de refrigeración.
!l segundo factor es el tiempo mínimo requerido de enfriamiento desde el comienzo al final del mismo, para prevenir la degradación rápida del producto. !l enfriamiento rápido debe evitarse, ya que puede ocasionar da*os en el fruto y se requerirán equipos de altos costos y consumos de energía el%ctrica. !nfriar una carga de producto en dos 'oras, en vez de 'acerlo en cuatro 'oras, puede requerir dos veces la capacidad de refrigeración y el costo del consumo de energía puede ser tres veces el inicial o más. !l tercer factor es la naturaleza del dise*o constructivo de la unidad de refrigeración, es decir su tama*o, el sistema de mane#o del aire y su operación. ]a que, en una instalación típica, aproximadamente la mitad de la capacidad de refrigeración es usada para retirar el calor ganado por los pisos, las paredes, el tec'o y las puertas, es importante saber mane#ar esta tipo de Xp%rdidasY de frío.
Capacidad De Almacenamiento La decisión de enfriar y embarcar el producto inmediatamente o almacenarlo por un tiempo, muc'as veces no depende sólo del tipo de producto y de sus condiciones de mercadeo" tambi%n depende del aprovec'amiento del espacio en la instalación, los cuales serán determinados por el tipo de producto y su desarrollo. Ibviamente, productos altamente perecederos requieren menor ubicación especial de almacenamiento que otros menos perecederos, simplemente porque los primeros no pueden ser almacenados por largos periodos de tiempo sin ocasionar p%rdidas en su calidad. 5ara determinar la cantidad de espacio refrigerado a construir, se usa la siguiente fórmula _ de cestas R capacidad de la cava @ peso del producto ` (e supone el n3mero de niveles =n>. _ de cestas por nivel R _ de cestas @ n3mero de nivel =n> ` (e determinan el tama*o de las cestas de almacenamiento =área que ocuparían> ^rea nivel R área de las cestas x _ de cestas por nivel ^rea 3til R ^rea nivel x 9.A ` (e supone una altura de la cava seg3n las normas para el dise*o =L>. C R L x ^rea 3til Eonde V R Columen de espacio a refrigerar. ft
SE%ECCI'N DE %OS E.!IPOS& (elección del compresor. INSTA%ACION DE %OS E.!IPOS& !s conveniente aclarar antes que todo las diferencias entre potencia frigorífica =52>, potencia absorbida =57> y potencia t%rmica =5T> + 52 =5otencia frigorífica> es la cantidad de calor que debemos eliminar del interior de la cámara o del local mediante la instalación frigorífica. + 57 =5otencia absorbida> es la energía que consumimos para trasladar 52. !n tras palabras es la energía consumida por el compresor de la cámara frigorífica elementos auxiliares. + 5T =5otencia t%rmica> es la energía o cantidad de calor que 'emos de disipar al exterior utilizando aire o agua. (e sabe que toda la energía que entra es igual a la que sale 5T52 57 $7LI424I !U!467 $IU(&NDE7 Dise1o 7 Constrcción !xisten ciertos límites para apilar los contenedores. !l máximo peso varía seg3n el producto y el tipo de empaque, pero no debe exceder un nivel de seguridad que pueda causar da*o al producto o derrumbes. 5ara brindar una buena circulación de aire, el producto nunca debe estar a menos de 9: pulgadas =aproximadamente unos 0A cm.> del cielo raso. (i el volumen del producto es suficiente y #ustifica el uso de montacargas el%ctrico =!n la operación de productos agrícolas almacenados se recomienda el uso de montacargas el%ctricos, debido a que estos no presentan emisiones de gases =entre ellos dióxido de carbono>, que puedan afectar de alguna manera la actividad respiratoria del producto>, las dimensiones para giros y para tráfico de los mismos deben ser consideradas en el dimensionamiento de la estructura. Las puertas y los corredores, no deben ser menores de una y media vez el anc'o del montacargas. Las rampas de acceso a la estructura deben tener pendientes de entre 9 y A?. Tambi%n es conveniente incluir un muelle elevado para cargar o descargar los montacargas y los camiones. La construcción de una estructura de almacenamiento y enfriamiento es una inversión tácita en el mantenimiento de la calidad del mismo, por lo tanto los materiales y los traba#adores a emplear deben ser de la me#or calidad posible. Eebido a que se requieren muc'os materiales para e#ecutar este proyecto, se presenta la dificultad de elegir cuales de ellos son los mas apropiados para esta aplicación, para lo cual brindaremos algunas nociones en cada uno de los casos.
Cimientos 7 Piso La mayoría de las instalaciones para enfriamiento son construidas, en bloques de concreto con refuerzos en su perímetro para soportar las cargas producidas por las paredes. Eebe asegurarse un buen drena#e en la estructura, por lo que
generalmente se construye sobre un lec'o de gravas. Tambi%n puede construirse con unos drena#es interiores para evacuar adecuadamente el agua con que se limpia la instalación y del agua producida por la condensación. 7demás, debemos considerar que el piso debe soportar grandes cargas y resistir el uso pesado en un ambiente '3medo, por esto depende en buena medida del uso de aislantes de calidad. Los bloques de cimentación deben ser de al menos 0 pulgadas de concreto reforzado con malla de alambre y con aislante de pulgadas de espuma plástica a prueba de agua en la superficie. (i el cuarto frío se emplea para largos periodos de tiempo en almacenamiento subenfriado, es importante que el piso sea bien aislado con una lámina de espuma de 0 pulgadas =con un 4 aproximado de />. 7demás, cualquier ob#eto de madera que entre en contacto con el piso de concreto, requiere ser tratado para evitar los da*os debidos a su largo periodo en contacto con agua. Eurante la construcción, la interfase entre la parte inferior de la lámina del piso y la cimentación debe ser sellada para evitar ascensos de agua.
Aislamiento La energía t%rmica siempre fluye desde los ob#etos cálidos a los fríos. Todos los materiales, 'asta los buenos conductores como los metales, ofrecen alguna resistencia al paso de energía y muc'os materiales pueden ser empleados como aislantes con buenos efectos, pero ya que la selección del aislante adecuado es una de las características que, desde el punto de vista constructivo deben tomarse, es importante que el material no sea muy costoso, pero si, que sea eficiente para esta labor. Las características de estos materiales varían considerablemente y su eficiencia para la conducción debe ser más importante en la elección que su precio. 7lgunas características importantes a mencionar son el valor de resistencia 4, su costo y su comportamiento en presencia de 'umedad. !l valor de 4 es una medida de la resistencia que el aislante ofrece al movimiento de calor se denomina factor de resistencia, el cual está asociado con su anc'o. $uanto mayor sea este valor, mayor será la resistencia y me#or serán las propiedades de este material como aislante. !l valor 4 generalmente se expresa en pulgadas de anc'o o en t%rminos del anc'o total del material. La resistencia total al flu#o de calor en cualquier pared con aislantes, es simplemente, la suma de las resistencias totales de los componentes individuales, es decir la suma de las resistencias de los componentes aislantes, de las paredes e inclusive, algunas veces es importante considerar la resistencia de las capas de pintura. 7sí que será importante tomar la me#or combinación de estos materiales para obtener un valor económico de la estructura aislada. !n la tabla , se presenta los valores de 4 para los materiales más comunes empleados como aislantes. Otros Factores A Considerar En !na Instalación De En$riamiento& %impie)a 8 (antenimiento !s esencial que los recipientes de mane#o y los cuartos de almacenamiento est%n limpios y libres de microorganismos. Todas las acumulaciones del agua de
condensación deben evacuarse de la estructura. Eebe limpiarse completamente todos los cuartos de almacenamiento antes de llenarlos. (i los recipientes de carga se mantienen dentro del cuarto, debe desinfectarse las superficies con una solución de 'ipoclorito de sodio al /.A por ciento =puede usarse 9 galón de cloro en / galones de agua> aplicados con una lavadora de alta presión y debe ventilarse el cuarto durante algunos días, para que se seque. La tubería de refrigeración, los ventiladores y los conductos deberán ser revisados y limpiados regularmente. Las espirales de refrigeración sucias pueden disminuir considerablemente su eficiencia t%rmica.
Controles de Temperatra La temperatura más importante a controlar en una instalación de enfriamiento, es la del producto, no la del aire. Nedir la temperatura del aire no nos brindará valores correctos de la temperatura de producto, porque el calor de respiración siempre eleva la temperatura del producto y del aire circundante. Eebe evitarse ubicar este tipo de elementos sobre el tec'o o en las paredes exteriores. La temperatura de producto y la 'umedad debe controlarse frecuentemente durante el enfriamiento y almacena#e para impedir el sobreenfriamiento. Tambi%n debe tenerse en cuenta que, mantener la 'umedad y temperatura apropiada llega a ser muy importante, a medida que el almacenamiento aumenta. Cariables a medir 5ara decidir qu% mediciones y censores utilizar es necesario tener un conocimiento detallado del funcionamiento del equipo, es decir, sus condiciones de operación y carga, la operación del motor y el circuito de refrigeración, todo esto con el fin de determinar que parámetros y variables necesitan ser medidas y monitoreadas para poder desarrollar un esquema apropiado de detección de fallas. Las fallas en equipos de refrigeración están clasificadas en dos categorías fallas el%ctricas y fallas mecánicas. Las fallas el%ctricas incipientes están relacionadas principalmente con las condiciones de los embobinados del motor, mientras que las fallas mecánicas incipientes se relacionan con la fricción existente entre las partes móviles del motor, las fugas de gas refrigerante y los bloqueos en el sistema de conducción de gas. 5ara inferir las condiciones mecánicas y el%ctricas del equipo pueden llevarse a cabo un con#unto de pruebas. Las principales son la temperatura interna y el consumo de corriente, pero además de estas mediciones, para realizar una inferencia a3n más exacta del estado del equipo, convendría realizar otras, directas o calculadas tales como el tiempo de funcionamiento del motor para alcanzar la temperatura interna programada. Las factores externos tambi%n influyen en el desempe*o del motor, así el volta#e al que está su#eto el compresor se convierte en un parámetro importante en la detección incipiente de fallas.
(etodolo"#a propesta para la detección de $allas incipientes& !l sistema de mantenimiento predictivo contempla el seguimiento de todas las variables involucradas en el funcionamiento del equipo de refrigeración, las cuales pueden proporcionar suficiente información para deducir que una falla en el equipo esta por presentarse dentro de muy poco tiempo. Eebido a que se dispone de una cantidad muc'o mayor de equipos que se encuentran funcionando en buenas condiciones, en comparación a los que se encuentran fallando, se recomienda identificar primeramente patrones de funcionamiento de refrigeradores en buenas condiciones, los cuales permitirán entrenar una red supervisada para identificar estados de buen funcionamiento y en caso de no detectar uno de ellos se*alar que una posible falla incipiente se encuentra presente. !l conocimiento y la experiencia para identificar las variables apropiadas a medir y calcular, el dise*o apropiado para el esquema de detección de fallas y la elección correcta de los parámetros son tareas necesarias para fi#ar el desarrollo del sistema ba#o investigación, todo lo cual estará su#eto aun perfeccionamiento continuo a medida que se vayan obteniendo resultados parciales.
NOR(AS PARA %A INSTA%ACION DE E.!IPOS& Códi"o de Benas Prácticas en Re$ri"eración La ratificación del $onvenio de Ciena para la 5rotección de la $apa de Izono y el 5rotocolo de Nontreal relativo a las sustancias que agotan la $apa de Izono y sus posteriores !nmiendas de Londres y $open'ague, 'an permitido que el 5er3 forme parte de la estrategia mundial destinada a establecer pautas generales y específicas para la protección de la capa de ozono y la eliminación del riesgo que su debilitamiento ocasiona a la salud de las personas y al ecosistema. !stas normas internacionales establecen un con#unto de derec'os y deberes de los países 5arte para restringir progresivamente, la producción, la comercialización y es uso de las sustancias agotadoras de la capa de ozono =(7I> !n este sentido, el 5er3 'a realizado diversas acciones conducentes al cumplimiento de los compromisos internacionales adoptados con la ratificación de los mencionados instrumentos internacionales" incluy%ndose dentro de ellas, la creación de la Ificina T%cnica de Izono =ITI@5er3>, encargada de la aplicación y seguimiento del 5rotocolo de Nontreal en nuestro país" la conformación de un 6rupo Uacional de Traba#o como una instancia que re3ne a representantes del sector p3blico y privado que adoptan decisiones en apoyo a las funciones de la ITI@5er3 y la elaboración y e#ecución del 5rograma 5aís. !l 5rograma 5aís contiene el inventario nacional del consumo de las (7I y un 5lan de 7cción para lograr la eliminación progresiva de estas sustancias, el cual define los lineamientos para alcanzar el consumo cero de las mismas a trav%s
de actividades y proyectos específicos que incluyen la reconversión industrial de las empresas nacionales que utilizan estas sustancias controladas para la producción de bienes o que fabrican bienes que emplean (7I para su funcionamiento. La formulación de los proyectos de reconversión industrial del sector de refrigeración dom%stica y comercial en mención, contaron con la asistencia t%cnica de consultores internacionales del 5rograma de las Uaciones &nidas para el Eesarrollo =5U&E> y recibieron financiamiento en calidad de donación, proporcionado por el 2ondo Nultilateral del 5rotocolo de Nontreal. Ee este modo, 1 empresas del sector refrigeración dom%stica y 0 de refrigeración comercial contaron con ayuda financiera y t%cnica para la sustitución de las (7I utilizadas en sus procesos y productos. 5aralelamente a este 'ec'o, en el sector de refrigeración se e#ecutaron los proyectos denominados X5rograma Uacional de 4ecuperación y 4ecicla#e de 4efrigerante $2$ 9Y con el apoyo del 5U&E" el cual nos permitió acceder a la donación de 9/ equipos de recuperación del gas y : estaciones de recicla#e, con los cuales se estableció una red nacional. 7simismo, la implementación de este proyecto involucró el dictado de cursos de capacitación y@o difusión a nivel nacional en las ciudades de Lima, 7requipa, $usco, $'imbote, Tru#illo y $'iclayo. 7dicionalmente se 'a implementado el proyecto X5rograma Uacional de $apacitación de $apacitadores en Buenos 5rocedimientos de 4efrigeraciónY, en cuyo contexto se dictaron diversos cursos a nivel nacional dirigidos a instructores del área de refrigeración, los mismos que posteriormente replicaron estos cursos, dirigi%ndolos a los t%cnicos en refrigeración. 5ara la realización de esta labor se contó con la donación de diez equipos de recuperación, 'abi%ndose capacitado 'asta la fec'a un aproximado de ,-: t%cnicos. La inclusión de esta capacitación como parte permanente del currículo de los centros t%cnicos se encuentra establecida en algunos centros de capacitación, continuándose con las gestiones para lograr que se incluya en la totalidad de instituciones. $abe mencionar que, el /1 de noviembre del ///, se expidió el Eecreto (upremo U8 /+///+DTDU$D, mediante el cual se establecieron disposiciones para la aplicación del 5rotocolo de Nontreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono, en el cual, entre otras, se establecen disposiciones referidas a la pro'ibición de emisión intencional de (7I a la atmósfera, así como a las personas naturales y@o #urídicas que brindan servicios de reparación o mantenimiento. 7ctualmente se viene estudiando la expedición de medidas complementarias que garanticen una aplicación eficaz del citado dispositivo legal. 2inalmente, se debe mencionar que se encuentra en e#ecución el 5lan de Nane#o de 4efrigerantes, el cual incluye el 5rograma de $apacitación de
2uncionarios de 7duanas, la implementación de un sistema de permisos de importación@exportación de (7I y la expedición del $ódigo de Buenas 5rácticas en 4efrigeración, el cual tiene por ob#etivo apoyar la eliminación del uso de cluorofluorocarbono =$2$> en el sector refrigeración, promoviendo las buenas prácticas de servicio y la recuperación y reciclado. !l $ódigo de Buenas 5rácticas fue sometido a un proceso de consulta ciudadana, a trav%s de su remisión a las asociaciones de t%cnicos, universidades y profesionales relacionados al sector" 'abi%ndose incorporado los comentarios y aportes recepcionados en la versión final que se presenta para su aprobación. !sta guía busca incorporar en el sector de 4efrigeración y 7ire 7condicionado las normas y procedimientos definitivos, para lograr una mayor eficiencia y calidad en los servicios que prestan las diversas !mpresas, T%cnicos y Iperarios del sector. Los $ódigos de Buenos 5rocedimientos en 4efrigeración existen ya en numerosos países desarrollados, y aquí en nuestro país se orienta específicamente a las siguientes instituciones - las asociaciones industriales y comerciales, - los talleres t%cnicos y de servicio, - los propietarios y los operadores de sistemas, y - los fabricantes.
TRATA(IENTO DE% AG!A& Los problemas que puede crear el agua como elemento refrigerante son muc'os, los más 'abituales son La formación de incrustaciones. Los cultivos orgánicos. La corrosión de los metales empleados en la instalación. Las aguas pueden clasificarse como duras o blandas o tambi%n ácidas o alcalinas. Las aguas duras son aquellas que contienen un elevado contenido en sales de calcio y magnesio. Las blandas son aquellas que contienen peque*as cantidades de estas sales. La acidez o alcalinidad del agua se refle#a principalmente por su 5.H. !l agua utilizada en refrigeración generalmente procede de" 7guas subterráneas. 7guas superficiales. 7guas de mar o río. 7guas de la red urbana.
Las aguas subterráneas o de pozos profundos son muy estimadas para procesos de enfriamiento debido a su temperatura. 5ero usualmente estas aguas son muy duras y tienen un alto contenido de sólidos disueltos por lo que si no son debidamente tratadas presentan problemas de incrustaciones. Las aguas superficiales generalmente están su#etas a grandes variaciones de temperatura y por el contrario contienen poca cantidad de sólidos disueltos. !l agua de mar puede ser empleada siempre que la instalación est% construida con materiales resistentes a la corrosión. 7ntes de realizar un tratamiento del agua debemos conocer su 5.H. siendo por deba#o de 5.H. - ácida y por encima alcalina. !xisten varios procedimientos para evitar la formación de incrustaciones o el ensuciamiento del circuito de refrigeración, los más destacados son 2iltración. Eescalcificación. 7cidificación. La filtración del agua es empleada para evitar el ensuciamiento de las instalaciones. Los filtros están formados por elementos filtrantes como pueden ser te#idos metálicos o sint%ticos. La descalcificación se emplea para evitar la formación de incrustaciones. $onsiste en pasar el agua a una determinada velocidad a trav%s de una resina que está alo#ada en un depósito. La resina cede los iones de sodio al agua modificando la dureza de %sta. $uando todos los iones del agua 'an sido cedidos el intercambiador está gastado y 'ay que regenerarlo. !l agua, una vez descalcificada, tiene tendencia a producir fenómenos de corrosión, por lo que es conveniente complementar este tratamiento con otro para la corrosión. La acidificación consiste en la adición de un ácido, normalmente el sulf3rico, que evita las incrustaciones.
Conclsiones& !l modelo presentado cumple los ob#etivos inicialmente propuestos, como son una alta eficiencia computacional y la precisión en el cálculo. !n cuanto a la precisión en la siguiente figura puede observarse una comparativa entre datos experimentales y resultados proporcionados por el modelo, mostrando una discrepancia inferior al A? La 'erramienta dise*ada proporciona una gran ayuda a los dise*adores de sistemas de refrigeración basados en el ciclo de compresión de vapor, ya que permite estudiar la influencia global que tienen diferentes parámetros de dise*o, como son la geometría y configuración de los intercambiadores, el dise*o de los tubos de unión entre elementos, el refrigerante escogido, etc.