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REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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LA CAMARA
FRIGORIFICA:
CALCULO TERMICO,
DIMENSIONAMIENTO Y
SELECCIN DE
DISPOSITIVOS
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NDICE
I. INTRODUCCIN
II. GENERALIDADES DEL PRODUCTO A REFRIGERAR
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
IV. DISEO DE LA CMARA DE REFRIGERACIN
4.1 Dimensionamiento de la cmara.
4.2 Seleccin del aislante y Espesor de aislamiento para las paredes, techo y
piso.
4.3 Esquema de la cmara de refrigeracin.
V. CLCULO DE LA CARGA TERMICA
5.1 Flujo de calor a travs de las paredes.
5.2 Carga por cambio de aire.
5.3 Carga del producto.
5.4 Cargas varias :
5.4.1 Por iluminacin.
5.4.2 Por personas
5.4.3 Por motores elctricos
5.5 Carga total
VI. SELECCIN DEL REFRIGERANTE
VII. CONSTRUCCION DEL CICLO TERMODINMICO DE REFRIGERACIN
7.1 Condiciones de Condensacin y Evaporacin.
7.2 Esquema del ciclo termodinmico.
7.3 Clculo de las magnitudes fundamentales del ciclo termodinmico.
7.4 Calculo del Efecto Refrigerante.
7.5 Flujo msico del refrigerante.
7.6 Calculo de la Potencia del compresor.
7.7 Calor derivado por el condensador.
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7.8 Coeficiente de funcionamiento o de performance (eficiencia del ciclo)
7.9 Potencia por tonelada de refrigeracin.
7.10 Caudal volumtrico por tonelada de refrigeracin.
VIII. SELECCIN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN
8.1 Seleccin del compresor.
8.2 Seleccin del condensador.
8.3 Seleccin del dispositivo de expansin.
8.4 Seleccin del evaporador.
IX. SELECCIN DE TUBERAS Y ACCESORIOS
9.1 Datos del proyecto.
9.2 Material utilizado.
9.3 Seleccin y dimensionamiento de la tubera.
9.4 Accesorios.
X. CONCLUSIONES.
XI. BIBLIOGRAFIA.
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I. INTRODUCCIN
La refrigeracin en los procesos industriales es de vital importancia, debido a que nos
permite conservar, preservar y mantener el producto a una temperatura adecuada o a
la que quisiramos obtener. Dada una carga msica y para un producto especfico se
debe disear una instalacin y elegir convenientemente todos sus dispositivos y
accesorios a fin de mantener en buen estado el producto de inters.
El trabajo se ha estructurado segn un esquema general el cual incluye:
Generalidades del producto a refrigerar
Planteamiento del problema
Diseo de la cmara
Calculo de la carga trmica
Seleccin del refrigerante
Ciclo termodinmico de refrigeracin
Clculos de los datos de seleccin de equipos del sistema de refrigeracin
Clculos de tuberas de refrigerante
Calculo de tuberas de medio condensante
Controles y accesorios
Esquema de refrigeracin
Cada parte se apoya ya sea en una consulta bibliogrfica, criterios adoptados y sobre
todo en el empleo de conocimientos obtenidos en el desarrollo del curso de
refrigeracin y uso de tablas normalizadas que recomiendan desde las condiciones a
la cual refrigerar hasta el diseo, dimensionamiento, seleccin de equipos y
accesorios. Con motivo de aplicacin de la refrigeracin en los procesos industriales,
hemos escogido el proceso de refrigeracin de carne de CERDO, producida por el
camal particular San Francisco debido a que es una de las principales y la ms
grande distribuidora de este producto que abastece a nuestra ciudad de Trujillo. Por
eso, es indispensable contar con las medidas, parmetros y equipos adecuados para
su distribucin.
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Pero a lo que respecta al proceso de refrigeracin de carne de cerdo, es necesario
contar con un sistema de refrigeracin adecuado para mantener y preservar dicha
producto hasta antes de su distribucin
El presente proyecto da una alternativa de cmo disear dicha cmara, teniendo en
cuenta los principios bsicos de refrigeracin aprendidos hasta el momento, en el
curso de refrigeracin, calefaccin y aire acondicionado.
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II. GENERALIDADES DEL PRODUCTO A REFRIGERAR
La carne de cerdo o carne de porcino es un producto crnico procedente del cerdo. Es
una de las carnes ms consumidas en el mundo. Algunas religiones la consideran un
alimento prohibido. Por ejemplo, el judasmo la considera treif y el islamismo, haram.
Es adems una de las ms aprovechadas, porque se utiliza casi todo el cuerpo del
animal, as como muchos de sus subproductos: jamn, chorizo, bacon, morcilla,
tocino, pat, etc.
El porcino se encuentra hoy entre los animales ms eficientemente productores de
carne; sus caractersticas particulares, como la gran precocidad y prolificidad, corto
ciclo reproductivo y gran capacidad transformadora de nutrientes, lo hacen
especialmente atractivo como fuente de alimentacin.
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Las personas deportistas suelen escoger carne de aves como pavo o pollo en su
alimentacin para evitar las grasas saturadas de las carnes animales. Sin embargo, la
carne de cerdo est volviendo a la cocina sana con los nuevos estudios de nutricin.
- Es baja en colesterol: 100g de lomo de cerdo aportan 58 mg de colesterol y un filete
de pollo 69mg.
- Es rica en grasas mono insaturadas: contiene un 48% de cido oleico, un cido graso
como el del aceite de oliva que ayuda a equilibrar los niveles de colesterol.
- Es una fuente de protenas de buena calidad: un filete de cerdo te aporta casi 20g de
protenas por 100g, una fuente de aminocidos naturales para tus msculos.
- Es rica en vitaminas y minerales: contiene hierro de fcil absorcin que te ayuda a
prevenir la anemia ferropenia cuando entrenas, y tambin aporta zinc,
fsforo,sodio,potasio,vitaminas del grupo Especialmente B1 o tiamina ya que aporta
entre 8 y 10 veces ms que el resto de las carnes. Se trata de una protena muy
importante para los deportistas porque interviene en el metabolismo de la glucosa en
el msculo.
La carne es un alimento que est presente en nuestra dieta cotidiana, ya que es una
de las principales fuentes de protenas. Pero tambin hay que tener en cuenta que en
muchos casos nos aporta cantidades de grasa que debemos tener en cuenta. Esto es
precisamente lo que siempre se ha atribuido a la carne de cerdo, que hemos
mantenido alejada de nuestra dieta por considerarla rica en grasas que ponan en
riesgo nuestra salud. Por este motivo en este post queremos ver otras propiedades de
la carne de cerdo.
Debido a estas consideraciones y a la mala prensa que se cre entorno a esta carne,
se cre una raza de cerdo con menos grasa que fuera ms saludable para el
organismo humano. Adems, se puso en valor la carne de cerdo ibrico criado al aire
libre con productos totalmente naturales, y es que numerosos estudios se hicieron eco
de las bondades de esta carne para la salud humana. Por ello en esta ocasin vamos
a detenernos es sus beneficios.
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Beneficios nutricionales
En primer lugar, antes de ver los beneficios que nos aporta es necesario que
tengamos presente los valores nutricionales medios de la carne de cerdo. Como todo
alimento crnico, hay que tener presente el alto contenido de protenas de un gran
valor biolgico. En concreto, este tipo de carne contiene una media de cuarenta y tres
gramos de por cada cien de producto. A esto hay que destacar su moderado contenido
en grasa, que es menor de lo que la gente cree, ya que la media es de nueve por
ciento del contenido.
A estos nutrientes debemos aadir las dosis de vitaminas que nos aporta este tipo de
carne. Vamos a destacar la tiamina, vitamina B6, niacina, rivoflavina y vitamina B12.
Todas ellas necesarias para mantener y conseguir una correcta salud en los tejidos
que componen nuestro cuerpo. A esto debemos sumar su alto contenido en minerales
como el hierro, zinc, fosforo, magnesio y potasio, necesarios a la hora de mantener
unos correctos biorritmos corporales.
Beneficios para el organismo
Es cierto que la carne de cerdo es muy variada y su contenido en grasa depender
mucho de la zona que estemos consumiendo. La parte que menos cantidades nos
aporta es el lomo, que simplemente tendr entorno al tres por ciento de contenido
graso. Se trata de una parte muy suculenta y rica al paladar, fcilmente digerible por
parte del organismo y que es de gran utilidad para nuestra alimentacin.
La carne de cerdo adems est muy recomendada en pocas de crecimiento, ya que
es un alimento apetecible para los nios por su peculiar sabor. A esto le debemos
sumar su alto contenido en protenas que es lo que nos ayuda a construir tejidos
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corporales y conseguir as un perfecto desarrollo, tanto en la infancia cuando estamos
creciendo, como cuando somos ms mayores y queremos conseguir un perfecto
desarrollo muscular.
La carne de cerdo tambin contribuir a mantenernos ms activos y llenos de vitalidad,
y es que contiene altas dosis de tiamina, necesaria para conseguir una correcta
asimilacin de los hidratos de carbono por parte del organismo. A esto hay que sumar
el papel importante que tiene esta sustancia a la hora de conseguir un equilibrio en el
sistema nervioso, ya que tiene un papel importante en su correcto funcionamiento.
El potasio tambin es un mineral necesario e indispensable en el organismo.
Concretamente de lo que se encarga este mineral es el correcto funcionamiento
muscular y de la realizacin adecuada de los movimientos por parte de los distintos
msculos del organismo, entre ellos el corazn. Por este motivo, el potasio que nos
aporta la carne de cerdo ayudar a que mantengamos un correcto funcionamiento del
organismo.
Es cierta que la mayora de las grasas que la carne de cerdo contiene son saturadas,
por lo que ser necesario que no abusemos de este alimento. Como siempre hemos
comentado en Vitnica, no debemos demonizar ningn alimento ni tampoco hacerlo
imprescindible en nuestra dieta, ya que lo ideal es la variedad y seguir una dieta
equilibrada en la que quepan todo tipo de alimentos por igual, ya que todos nos
aportarn beneficios considerables.
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III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Se deber disear la instalacin y dimensionamiento de una cmara de
refrigeracin para conservar carne de cerdo en el Camal Particular de Abastos
San Francisco a un requerimiento mximo de 7800 Kg/da.
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Tenemos las siguientes especificaciones tcnicas para el producto a refrigerar:
Producto a refrigerar: Carne de Cerdo
Cantidad msica: 7800 Kg/da a T= 24 Bajo condiciones de verano
Temperatura de diseo del cuarto: ( )
Humedad relativa de diseo: HR= 85% - 90%
Tiempo de almacenamiento: 7 das (1 semana)
Calor especifico antes de congelar:
Calor especifico despus de congelar:
Contenido de agua del cerdo: 93% grasa y 6% agua
Punto de congelacin: -2 (28.4 )
Tipo de almacenamiento: corto plazo
Temperatura de enfriamiento: ( )
Calor latente de congelacin: 30
Conservacin del producto en estado congelado: T= -18
Conductividad trmica del chancho: 0.12 BTU/h pie
Nmero de personas que entran en la cmara: 3
Tiempo de permanencia de personas dentro de la cmara: 60 minutos
Tiempo de funcionamiento de la cmara: 30 minutos de descanso por cada
6 horas de funcionamiento (23 horas/dia)
Iluminacin dentro de la cmara de refrigeracin: 7 focos (36 watts) y
1 fluorescente (40 watts)
IV. DISEO DE LA CAMARA DE REFRIGERACION
Lo ms recomendable para el diseo de una cmara frigorfica que almacenara
carne de chancho se da en las siguientes especificaciones de acuerdo a
experiencias dadas por algunos fabricantes:
Altura de los rieles, que sostendrn la carne, desde el piso no menor a 2.82
metros.
Carga til de riel: 35 cerdos como mximo en cada riel.
Distancia mnima entre rieles: 100 cm.
Distancia entre rieles y pared mnima: 93 cm.
Nmero de personas que pueden realizar trabajos dentro de la cmara: 3
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IV.1) DIMENSIONAMIENTO DE LA CAMARA DE REFRIGERACION
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IV.2) SELECCIN DE AISLANTE Y ESPESOR DE AISLAMIENTO
De manera general los aislantes son aquellos que presentan un bajo coeficiente de
conductividad trmica, estableciendo el valor lmite en 0.05 , para los
aislantes de uso corriente en refrigeracin.
Aislamiento del suelo:
El camal San Francisco presenta una construccin de cmara frigorfica de tipo
artesanal, para lo cual se utiliz los siguientes materiales:
Concreto de Cemento
Tartajeado de cemento (compuesto por cemento ms arena fina):
Coeficientes de conveccin externo e interno respectivamente:
Entonces la ecuacin que tenemos es la siguiente:
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Aislamiento del techo:
Se cuenta con los materiales: Poliestireno expandido, ladrillo macizo, malla metlica
(funcin estructural) y tarrajeado,los valores de conveccin interior y exterior (tabla
10-3 Snchez y Pineda):
Poliestireno expandido (tecnopor)
Ladrillo macizo:
Coeficientes de conveccin externo e interno respectivamente:
Tarrajeado:
De la formula antes vista tenemos:
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Aislamiento de las paredes:
Puesto que para las paredes tambin se han usado los mismos materiales que para el
techo entonces tenemos:
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IV.3) ESQUEMA DE LA CAMARA DE REFRIGERACION
Las unidades que se presentan estn en mm (milmetros):
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Tambin se puede apreciar la distribucin de los rieles que sostendrn al producto
(carne de cerdo) dentro de la cmara frigorfica de acuerdo a las especificaciones
dadas anteriormente, como se muestra a continuacin:
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Volumen interior de la cmara
Altura: 3.8 metros
Largo: 13.64 metros
Ancho: 9.61 metros
( )
Volumen exterior de la cmara incluyendo el material aislante
Altura: 5.43 metros
Largo: 14.4 metros
Ancho: 10.57 metros
( )
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V. CALCULO DE LA CARGA TERMICA
1. Calculo de la carga trmica debido a las perdidas por transmisin por
paredes techos y pisos ( ):
V.1) Flujo de calor a travs de las paredes:
Sabiendo que la temperatura de la pared est a
( )[ ] ( ) ( )
V.2) Flujo de calor a travs del piso:
Esta dado por: Sabiendo que la temperatura de la pared
est a , entonces:
( )( )( ) ( ) ( )
V.2) Flujo de calor a travs del techo:
Esta dado por: Sabiendo que la temperatura de la pared
est a , entonces:
( )( )( ) ( ) ( )
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Por lo tanto el flujo de calor total estar dado por la suma de todos los
calores que se pueden hallar en el recinto, por lo tanto tenemos:
2. Calculo de la carga trmica debido a las necesidades por renovacin de
Aire ( ):
La carga trmica a evacuar de un recinto frigorfico debido la renovacin de aire es
una variable que puede descomponerse en suma de otras dos, es decir:
( ) , donde:
: Volumen interior de la camara ( )
: Densidad media del aire (
)
n: Numero de renovaciones tericas (renovaciones/dia)
: Diferencia de entalpias entre el aire exterior y el aire interior ( )
Hallamos la entalpia, notando que la temperatura de ambiente ser tomada para
condiciones de verano:
Para 90 de humedad y
Para 77 de humedad
Del libro de Cengel (Tabla A-15I) obtenemos las propiedades del aire, para:
( )
( )
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De la tabla (11.4) del libro de Snchez y Pineda de las Infantas para hallar el
nmero de renovaciones de aire diarias por apertura de puertas en infiltraciones
segn el volumen de la cmara y su nivel de temperatura:
n = 3.61
Reemplazando en la ecuacin (11.12) del libro de Snchez y pineda Infantas
podemos obtener:
( )
Dnde:
: Carga trmica debido a renovaciones equivalentes de aire, en
V: Volumen del recinto frigorfico en
: Densidad media del aire entre las condiciones interiores y exteriores en
d: Numero de renovaciones equivalentes, renovaciones/da
: Diferencia de entalpias entre el aire exterior y el interior en
Reemplazando valores tenemos:
(
)(
)( )( )(
)
Entonces:
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3. Calculo de la carga trmica debido a las perdidas por refrigeracin y/o
congelacin ( ):
Tenemos la siguiente expresin sacado del libro de Snchez y pineda Infantas:
, definida
como:
( )
:
: Temperatura de entrada del producto
: Temperatura de conservacin del producto en estado refrigerado
(
) (
) ( )
Como solamente refrigeramos el producto entonces: , estos
datos es para congelacin del producto y nuestra finalidad no es esa solamente
es refrigerarlo.
4. Calculo de la carga trmica debido a las necesidades de conservacin del
producto ( ):
En el caso de productos animales, a pesar de que las temperaturas de
refrigeracin no detienen las reacciones enzimticas, los tejidos quedan
prcticamente inertes en sus funciones y el calor que se desprenden es
despreciable, por lo que no se introduce como un sumando ms en el balance,
entonces en nuestro caso:
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5. Calculo de la carga trmica debido al calor desprendido por ventilador
( ):
Segn los datos obtenidos dentro de la empresa, los ventiladores del evaporador
dentro de la cmara de refrigeracin funciona con un motor de 3 HP (2.24 Kw) pero
dentro de la cmara hay dos evaporadores entonces se tendra en total de 6 HP
(4.48 Kw), es decir:
(
)( )(
)
6. Calculo de la carga trmica debido al calor desprendido por circulacin
de operarios en la cmara( ):
Segn datos recogidos en la empresa, la cantidad de operarios que circulan en la
cmara es de 3 personas por un periodo de 60 minutos (1 hora) en el caso de
descarga del producto de la cmara, esto para los chanchos, entonces:
Entonces el calor aportado por los operarios ser:
Dnde:
n: Numero de operarios en el recinto frigorfico = 3
C: Calor emitido por cada operario, =226.8
(tabla 11.6, obtenido de
Snchez y Pineda Infantas)
N: Tiempo de permanencia en el interior de la cmara en horas/da = 25 min/da
( )(
)(
)
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7. Calculo de la carga trmica debido a las necesidades por iluminacin( ):
Segn datos de la empresa: en la cmara frigorfica de chanchos se tienen 7
focos de 36 watts cada uno y 1 fluorescente de 40 watts, entonces:
: Potencia de las luminarias en KW
N: Tiempo de funcionamiento en horas/da
(
)( )(
)
8. Calculo de la carga trmica debido a las necesidades por perdidas
diversas( ):
Una estimacin aceptable para estas prdidas se da de la siguiente manera:
( )
Asumimos un promedio de , entonces:
(
)
9. Produccin de frio ( ):
Se define como todos los calores calculados hasta el momento, es decir:
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La capacidad de refrigeracin est dada por:
Capacidad = ( )
VI. CICLO TERMODINAMICO DE REFRIGERACION
VI.1) Condiciones de condensacin y evaporacin
VI.1.1) Condicin de Evaporacin:
Para la humedad relativa HR = 90%, segn la tabla extrada de Jos Fernando de
Oliva Carmona (gua para instalaciones frigorficas) tenemos:
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Por lo tanto DT = 12.22
12.22 = 1 -
Para esta temperatura del evaporador le corresponde (segn tabla termodinmica)
una presin igual a:
VI.1.2) Condicin de Condensacin:
Elegimos de acuerdo a las condiciones de la cmara frigorfica y por datos de la
empresa una relacin de compresin:
Estos se eligen de acuerdo a que no se cuenta con los catlogos a la mano pero si
tena la presin de succin y de descarga respectivamente que se mostrara a
continuacin:
Presin de succin
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Presin de succin medido en Kgf/
Presin de descarga, est instalada en el recipiente de almacn de refrigerante
Presin de descarga medido en Kgf/
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Entonces:
( )
A esta presin de condensador le corresponde una temperatura de condensador igual
a (segn tabla termodinmica):
VII. SELECCIN DEL REFRIGERANTE
De los refrigerantes ms usados en la industria frigorfica tenemos las siguientes:
R 12, R 22, R 134a, de las cuales elegimos aquel que sea menos
contaminante para la capa de ozono y adems que el mayor efecto refrigerante
til
Para R 12:
( )
( ) ( )
( )
Para R 22:
( )
( ) ( )
( )
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Para R 134a:
( )
( ) ( )
( )
Los valores de (vapor saturado) y (liquido saturado) han sido sacados de la
tabla termodinmica para cada refrigerante. De acuerdo a los resultados podemos
observar:
( ) ( ) ( )
Por lo tanto el R 22 es el refrigerante ms adecuado para esta instalacin por
tener un mayor efecto refrigerante til (e.r.u)
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VII.2) ESQUEMA DEL CICLO TERMODINAMICO
Puesto que las instalaciones no cuentan con un intercambiador de calor durante el
ciclo entonces consideramos lo como ciclo estndar de compresin de vapor con
los datos hallados anteriormente, entonces:
VII.3) CALCULO DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES DEL CICLO
Calculamos las propiedades en cada punto, del diagrama P h.
Punto 1:
Punto 2:
( )
( )
( )
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Punto 3:
Punto 4:
VII.4) EFECTO REFRIGERANTE
( )
( ) ( )
( )
VII.4) FLUJO MASICO DEL REFRIGERANTE
( )
( )
( )( )( )
( )
Por tonelada seria:
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VII.6) POTENCIA DEL COMPRESOR TEORICO
Esta potencia est dada por:
( )
(
)(
)
Transformando a HP tenemos que multiplicar por el factor de conversin igual a
0.001341, entonces tenemos:
(
)( )
VII.7) CALOR RECHAZADO POR EL CONDENSADOR
( )
(
)(
)
VII.7) COEFICIENTE DE FUNCIONAMIENTO ( )
( )
( )
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(
)
VII.8) POTENCIA POR TONELADA
VII.9) CAUDAL VOLUMETRIVO TEORICO
(
)(
)
VII.10) CAUDAL VOLUMETRICO POR TONELADA
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VIII. SELECCIN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACION
VIII.1) SELECCIN DEL COMPRESOR
VIII.1.1) TIPO:
Para seleccionar el tipo de compresor que usaremos, nos basaremos en la
siguiente tabla proporcionada por Jos Fernando de la Oliva Carmona:
Gua para instalaciones frigorficas
En nuestro caso sera una temperatura media una potencia menor a 20 HP
entonces tendramos un compresor alternativo o de pistn y segn
recomendaciones bibliogrficas es utilizado para refrigerar menos de 50 toneladas
de capacidad frigorfica.
Por lo tanto nuestra cantidad de masa a refrigerar se encuentra dentro del rango
recomendado. Segn el mismo autor podemos obtener la eficiencia volumtrica del
compresor ( ) con la siguiente formula:
( )
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La potencia real del compresor est dado por aproximadamente, entonces
tenemos:
VIII.1.2) POTENCIA DEL MOTOR ELECTRICO DEL COMPRESOR (POTENCIA
DE ACCIONAMIENTO)
Para poder elegir el motor adecuado para el compresor debemos tener en cuenta
que existen perdidas mecnicas en el compresor que limitan su eficiencia a un
rango de y perdidas elctricas en el motor elctrico que no son
muy altas pero que hacen que el rendimiento del motor elctrico ( )este en torno
a un 95% es decir 0.95 aunque lo debe dar el fabricante. Entonces la potencia del
motor elctrico que hacen funcionar al compresor est dado por:
( )( )
Entonces con los datos obtenidos anteriormente podemos elegir el compresor que
tenga las siguientes caractersticas:
1) Temperatura de evaporador :
2) Mueva un caudal msico de refrigerante de:
3) Con Volumen barrido de:
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Esto se obtiene de:
Vamos al catlogo Danfoss y observamos lo siguiente:
Como nuestra temperatura es de evaporador es de -11.22C podemos aproximarlo
a 10C como esta en el catalogo o en caso contario para ms exactitud
interpolamos, lo mismo para la temperatura de condensador que es en nuestro
caso 44.26C lo aproximamos a 45C que es el valor que se encuentra en
catlogo, tambin se podra interpolar. Como nos ha salido una capacidad de
7.793 ton. Lo que es equivalente a decir 27.4318 Kw entonces en catalogo
podemos encontrar un valor aproximado que lo veremos a continuacin:
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Entonces elegimos el modelo de compresor MTM250 de Danfoss. Para nuestro
caso real tenemos el siguiente compresor:
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Tambin se puede recurrir a otros fabricantes a partir de la potencia obtenida en
HP como en nuestro caso es 15 HP, se nos presentan 3 opciones para elegir entre
la cuales tenemos:
VIII.2) SELECCIN DEL EVAPORADOR
Para nuestro caso tenemos el tipo de evaporador cbico de conveccin forzada
pues posee ventiladores, se suelen instalar en el techo o la pared, son muy
utilizados en cmaras industriales de mediana y gran potencia. En esta parte
debemos procurar que el evaporador tenga la misma potencia frigorfica del
compresor, de lo contrario el sistema quedara desequilibrado y el funcionamiento
de la instalacin no ser el ms correcto. Pero es difcil encontrar un evaporador
que proporcione la misma potencia que el compresor, lo que hay que hacer es
seleccionar el que ms se acerque y comprobar que la humedad relativa que se
desarrolla en la cmara con el par compresor evaporador seleccionado no difiera
mucho de lo previsto en las condiciones iniciales. Por lo expuesto podemos tener o
considerar los siguientes datos:
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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1) Temperatura de la Cmara:
2) HR=90%
3) DT= 12.22C
Entonces hacemos lo siguiente; de acuerdo a la nomenclatura dada por el fabricante:
Basndonos en esto podemos hacer el clculo de la siguiente manera:
CT (W) = 27432 watts
HR = 90%
El factor se puede obtener del siguiente cuadro (esto es para el catalogo AKIRFI),
en nuestro caso real estamos trabajando con el R 22.
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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En caso que nuestra temperatura no est dada en el cuadro la podemos obtener de la
siguiente grfica (los diagramas utilizados son exclusivamente para el R 22
Entonces el = 1.12, el F = 1.17 (Diagrama A), FC es el factor de correccin de
desescarche lo cual asumimos que se da para 8 horas y esto lo vemos en el siguiente
diagrama:
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Entonces tenemos FC = 0.97, el FR = 1 (por tratarse del R 22), ahora reemplazamos
en la formula dada anteriormente:
CT x
CE = 27432 x
De acuerdo a Catalogo:
El modelo AKD es el adecuado puesto que nuestra cmara estar a 1C
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Como podemos observar el evaporador seleccionado ser AKD 188, cuya
capacidad calorfica es de 21060 watts, superior a la de seleccin.
Para el caso del Camal San Francisco posee dos evaporadores como se muestra a
continuacin:
VIII.3) SELECCIN DEL DISPOSITIVO DE EXPANSION
Tenemos las siguientes consideraciones:
1) Refrigerante R 22
2) Temperatura de la Cmara:
3) Temperatura de evaporador:
4) Temperatura de condensador:
Antes de proceder a la seleccin de este dispositivo tenemos que hallar la
cada de presin en las distintas tuberas que forman el sistema de
refrigeracin, entonces:
Longitud y dimetro de tuberas desde el compresor hasta el
condensador:
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Para
( )
( )
( )
( )
Veamos ahora cual es el resultado de la altura o sea:
( )( )
( )( )
( )( )( )
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Para
( )
( )
( )
( )
Veamos ahora cual es el resultado de la altura o sea:
( )( )
( )( )
( )( )( )
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Longitud y dimetro de tuberas desde el condensador hasta la vlvula de
expansin:
Para
( )
( )
( )
( )
Veamos ahora cual es el resultado de la altura o sea:
( )( )
( )( )
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( )( )( )
Para
( )
( )
( )
( )
Veamos ahora cual es el resultado de la altura o sea:
( )( )
( )( )
( )( )( )
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La longitud y dimetro de la tubera desde la vlvula de expansin hasta el
evaporador se debe considerar despreciable por ser corto.
A partir de la vlvula de expansin hasta los serpentines del evaporador
empieza a ser notorio el fenmeno de escarche, que viene a ser la formacin
de hielo en el entorno de estos dispositivos debido a que el refrigerante
presenta un alto descenso de su temperatura. As se ve reflejado en la
siguiente imagen:
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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El escarche es el hielo color blanco, pero esto se ve en la cmara de
refrigeracin para reces (se ha colocado la imagen a manera de ejemplo) pues
tiene sus dispositivos de refrigeracin ms antiguos a comparacin de la
cmara para cerdos que presenta un sistema un poco ms actual en la cual no
se ha podido apreciar dicho fenmeno, mencionando adems que los
evaporadores de la cmara de cerdos son ms grandes que la de reses, esto
con el fin de mejorar la produccin de frio dentro de la cmara.
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Longitud y dimetro de tuberas desde el compresor hasta el condensador:
( )
( )
( )
( )
Veamos ahora cual es el resultado de la altura o sea:
( )( )
( )( )
( )( )( )
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Por lo tanto la cada de presin total estar dada por:
Con los datos obtenidos procedemos a seleccionar nuestro dispositivo de expansin
del catlogo SPORLAN:
La capacidad nominal de nuestro sistema de refrigeracin es 7.793 Ton con
refrigerante R 22 a una temperatura de evaporador de -11.22 C (aproximamos para
facilitar el clculo -10 C, pero no es la manera correcta), una temperatura de
condensador de 44.26 C (aprox. a 45 C). Las presin en el evaporador es de 340
KPa y la presin en el condensador es de 1700 KPa
( )
Hallamos ahora la capacidad real de la vlvula de expansin termosttica agregando
son respectivos factores de correccin para temperatura de condensador y factor de
correccin para cada de presin.
Utilizando el catalogo 201MSI de la compaa SPORLAN, escogemos:
Vlvula tipo : S
Capacidad nominal : 7.793 ton
Capacidad tabla : 8 ton
Capacidad corregida : 3.3015 ton
FCL : 1.42
FCP : 1.5
Cada de presin : 197 Psi
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Por lo tanto designamos la siguiente vlvula de expansin:
S VE - 8 VGA / Entrada 3/8 SAE ROSCAR y salida SAE ROSCAR
VIII.4) SELECCIN DEL CONDENSADOR
El fabricante nos proporciona la manera de como seleccionar correctamente nuestro
condensador esta metodologa est dada en el catlogo de AKIRFI que est en la
bibliografa al final del informe, para eso nos da la siguiente nomenclatura:
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Entonces de acuerdo a esto procedemos a nuestro clculo:
PC = 9509 watts
El factor de correccin M lo obtenemos para un compresor semihermetico (en nuestro
caso) de la siguiente grfica:
Del grafico podemos observar que M = 1.43, reemplazando en la formula antes dada
tenemos:
(Potencia del condensador)
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Buscamos en el catlogo del fabricante y encontramos:
Vemos que el condensador seleccionado ser el CBK 16 cuya capacidad ser
16760 watts superior a la de seleccin. Pero este tipo de condensadores usa
ventiladores para enfriar al refrigerante pero en nuestro caso por ser una instalacin
frigorfica antigua se tiene condensadores artesanales prefabricados que tienen como
enfriador de refrigerante al agua proveniente de una torre de enfriamiento. En total son
2 condensadores uno grande (40 tubos) tiene un dimetro de 19.5 cm y de longitud
1.24 m y el otro pequeo (20 tubos) con dimetro 16 cm y longitud de 1.24 m.
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Una de las diferencias que se encuentra en usar un condensador refrigerado por agua
o aire es el espacio que ocupan cada uno de estos siendo el espacio mayor el
ocupado por el condensador refrigerado por agua ya que se tiene que tener una torre
de enfriamiento.
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IX. ACCESORIOS.
ACCESORIOS PRINCIPALES
Tubera de descarga
Las tuberas de alta presin que emergen de los compresores las denominaremos
tuberas de descarga y estarn realizadas en tubo de cobre de alta calidad, estirado,
sin costuras y deshidratado. Todas las tuberas de descarga de los compresores
desembocan en un colector, el cual unificar todas las tuberas en una nica. Las
lneas de descarga llevarn instaladas vlvulas de anti-retorno, con el fin de que
cualquier remanente de lquido derivado del condensador, no vuelva a los
compresores y puedan llegar a averiarse. Est nica tubera pasa por el separador de
aceite. Este aceite cae por gravedad en el separador y el gas refrigerante sigue su
curso hacia el condensador. El aceite se almacena en un depsito de aceite, el cual lo
devuelve al compresor mediante el control de nivel de aceite, que cuando el nivel de
aceite disminuye, abre el circuito e inyecta aceite al compresor que lo necesite.
En el dibujo esta tubera esta de color rojo y est a muy caliente porque se
sobrecalienta al salir del compresor
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Tuberas de admisin o de aspiracin
Estn hechas de cobre y se encargan de traer el refrigerante desde el
evaporador es estado gaseoso hacia el compresor en el dibujo es la tubera de
color negro
Tanque almacenador de refrigerante
En este tanque se almacena el refrigerante tanto en estado lquido como en
estado gaseoso. En estado gaseoso entra al ciclo y luego de efectuarse el
mismo regresa el refrigerante del condensador hacia este recipiente para luego
pasar a la vlvula de expansin y evaporador para finalmente regresar al
compresor, es por eso que est pintado de color amarillo con rojo porque me
indica que dentro est el refrigerante en estado lquido y gaseoso.
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Separador de aceite
Este dispositivo se utiliza para separar el refrigerante, en estado de vapor que
regresa del evaporador, del aceite que pueda haberse succionado en el
proceso, este dispositivo en forma de cilindro (negro) regresa el aceite que se
precipita por gravedad al compresor atreves de un ducto o manguera.
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El tubo grande que vemos es la conexin desde el evaporador que se encuentra en
las cmaras de refrigeracin hacia en compresor.
Filtro de aceite de descarga
Es el encargado de evitar que el aceite lubricante del compresor ingrese al ciclo
con el refrigerante en el momento de la descarga. La poca cantidad de aceite
que pase atreves de este filtro luego es completamente separado del
refrigerante en el separador de aceite.
Visor de lquido en el compresor
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Otros accesorios necesarios para una instalacin frigorfica
Presostato de baja:
El presostato de baja es el responsable de parar el compresor antes de que ste
llegue hacer el vaco en la instalacin.
Presostato de alta:
El presostato de alta es un elemento de seguridad que tiene la funcin de parar la
instalacin cuando la presin de sta es excesiva.
Presostato de condensacin:
Este presostato se emplea para mantener una presin de alta constante durante todo
el ao mediante los ventiladores.
Separador de partculas:
El separador de partculas se encuentra al final del evaporador en instalaciones de
baja temperatura y que estn alimentados por tubo capilar.
Filtro deshidratador:
La cantidad de humedad que puede haber en la instalacin depende del tipo de
refrigerante y de la temperatura de evaporacin.
La cantidad mxima de humedad que son capaces de absorber los refrigerantes viene
dada en "partes por milln" (ppm). Para detectar la humedad se coloca un detector de
humedad, el cual lleva un visor formado por sal de cobalto que es una substancia que
tiene la particularidad que cambia de color al absorber humedad. A parte el visor nos
permite ver la carga de refrigerante de la instalacin.
Vlvula de expansin termosttica
Se utiliza una vlvula de expansin termosttica para poder regular el paso del
refrigerante y poder balancear el flujo de este de acuerdo a las condiciones de
operacin el compresor y el evaporador.
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Filtro de lquido.
Elimina materias extraas introducidas en el sistema de refrigeracin antes de que el
lquido ingrese en la vlvula de solenoide o de expansin.
Filtro de la lnea de aspiracin: Protege las partes mviles del compresor de suciedad,
incrustaciones, limaduras, etc., que pueden haberse introducido en el sistema durante
las operaciones de montaje o reparacin.
Vlvula de seguridad.
Del tipo resorte, va instalado en la lnea de descarga del compresor y la vlvula de
paso, para proteger el lado de alta del sistema contra presiones excesivas. La
descarga de la vlvula de seguridad se comunica con la lnea de succin del
compresor y en el caso de que la presin de descarga adquiera un valor excesivo, la
vlvula de seguridad se abre y deriva la descarga del gas del lado de baja.
Manmetros y termmetros.
Tambin es usual la implementacin de termmetros y manmetro entre al vlvula de
paso de la lnea de succin y el compresor, es de gran utilidad para poder monitorear
las condiciones de succin en que se encuentra trabajando el compresor. Adems a
veces se utiliza un presostato cuyo objetivo es proteger al compresor.
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LA TORRE DE ENFRIAMIENTO
Las Torres de refrigeracin son estructuras para refrigerar agua y otros medios a
temperaturas muy altas. El uso principal de grandes torres de refrigeracin industriales
es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeracin utilizada en plantas de
energa, refineras de petrleo, plantas petroqumicas, plantas de procesamiento de
gas natural y otras instalaciones industriales.
Con relacin al mecanismo utilizado para la transferencia de calor los principales tipos
son:
Torres de refrigeracin hmedas funcionan por el principio de evaporacin, (ver
refrigerador inundado)
Torres de refrigeracin secas funcionan por transmisin del calor a travs de
una superficie que separa el fluido a refrigerar del aire ambiente.
Con respecto al tiro del aire en la torre existen tres tipos de torres de refrigeracin:
Tiro natural, que utiliza una chimenea alta.
Tiro inducido, en el que el ventilador se coloca en la parte superior de la torre
(impulsan el aire creando un pequeo vaco en el interior de la torre).
Tiro mecnico (o tiro forzado), que utiliza la potencia de motores de ventilacin para
impulsar el aire a la torre (colocndose en la base).
REFRIGERCION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO 26 de junio de 2013
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Las torres de enfriamiento usan la evaporacin del agua para rechazar el calor de un
proceso tal como la generacin de energa elctrica. Las torres de enfriamiento varan
en tamao desde pequeas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los
220 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres ms pequeas son
normalmente construidas en fbricas, mientras que las ms grandes son construidas
en el sitio donde se requieren.
DIMENSIONAMIENTO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO
Largo: 1.82 m
Altura: 2.44 m
Ancho: 1.82 m
El funcionamiento de esta torre de enfriamiento en con ventiladores bfalo accionados
por un motor de 3 HP que se conecta a los ejes de estos ventiladores mediante una
faja como se mostr en la imagen anterior. A su vez trabaja bombeando el agua
mediante dos bombas una bomba de agua es para el condensador pequeo y la otra
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es para el condensador grande, pero hay una tercera que sirve para llevar el agua
hacia el intercambiador de calor que se encuentra en el compresor y servir para
enfriar el aceite del compresor para evitar su sobrecalentamiento
Intercambiador de calor para el aceite del compresor
Ventiladores Bfalo
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Bomba de agua de 5 HP
LONGITIDES DE TUBOS PARA LA TORRE DE ENFRIAMIENTO
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Dimetro de tuberas de salida del agua de la torre de enfriamiento al
condensador grande (40 tubos en su interior como serpentn) para enfriarlo:
( )
Dimetro de tuberas del condensador grande a la torre de enfriamiento:
( )
Dimetro de tuberas de salida del agua de la torre de enfriamiento al
condensador pequeo para enfriarlo
( )
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X. CONCLUSIONES.
Se cumpli con el objetivo tratado, de disear una cmara de refrigeracin para
mantener, preservar y conservar carne de cerdo.
La seleccin de todos los equipos y accesorios que forman parte del sistema
de refrigeracin fue realizada de manera aproximada, tomando en cuenta todos
los requerimientos y necesidades, de esta forma optimizar los recursos.
Se adquiri un conocimiento ms profundo sobre los principios de diseo de
cmaras de refrigeracin mediante la bsqueda de informacin necesaria para
este proyecto y sobre todo por el contacto con nuestra realidad.
La carga trmica de refrigeracin de la cmara es de 7.793 Ton de
refrigeracin, usando como refrigerante R-22 y contando con las siguientes
caractersticas:
Es posible mantener refrigerado un producto alimenticio en buen estado (en
este caso carne de cerdo) siempre y cuando se tomen en cuenta parmetros
de diseo y funcionamiento adecuados para la cmara de refrigeracin as
como tambin las caractersticas del producto a refrigerar.
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XI. RECOMENDACIONES
Se recomienda a todos aquellos que se inclinen por esta rea de la mecnica y
piensen en disear un Sistema de Refrigeracin, que tomen en cuenta el
producto y la cantidad a cual se va a conservar, de esta forma se optimizar al
mximo todos los recursos. Ya que uno de los errores que se encuentra en el
diseo de cmaras frigorficas es el calcular la capacidad del cuarto solo
tomando como referencia el tamao de la cmara y la temperatura de
conservacin. Esto podra llevar a dos problemas: el sobredimensionar la
cmara o lo que sera ms crtico que es subdimensionarla, donde tendra
serios problemas de funcionamiento.
Otro factor que se debe tomar en cuenta para el diseo de la cmara de
refrigeracin, es la humedad que se requiera dentro del cuarto fri. Puesto que
de este factor depender la correcta eleccin de la eleccin de la Unidad
evaporadora.
Para el mantenimiento del sistema de refrigeracin y de todas sus partes se
recomienda que sea realizado por personal capacitado.
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BIBLIOGRAFIA:
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http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_frigor%C3%ADfica#Humedad_
relativa
http://www.hanseata.es/downloads/articulos-tecnicos/Articulo-CLIMA-
TEMPERATURA-Y-HUMEDAD.pdf
http://www.slideshare.net/jlighto/diseo-de-camara-frigorifica
http://www.abdefrio.com/pdf/Abdefrio%20-
%20Cat%C3%A1logo%20General%20Dic_2010.pdf
Stoeker W.F Refrigeracin y Acondicionamiento de Aire Primera
Edicion , Mc Graw Hill Book, Mexico 1978. Tabla A-4, y plano P-h del R-22
DOSSAT, Roy J. Principios de Refrigeracion .Editorial Continental. 3era
Edicin, 15ava Reimpresin. Mxico.1980. Pags. 187-225 y 559-584.
Catalogo 201MSI de la compaa SPORLAN.
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INGENIERIA MECANICA Pgina 70
ANEXOS:
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