ANEXO a Calculos - Proyecto Fich Modificado Domingo 11-3

[ ] 2012ANEXO A

Cálculo s necesidade s térmicas . Balances energético s .

A.1 CONSIDERACIONES GENERALES................................................................................ 3

A.1.1 Introducción.........................................................................................3

A.1.2 Necesidades Frigorificas..................................................................... 4

A.1.3 Descripción General de la instalación.............................................. 4

A.2 DIMENSIONAMIENTO DE LAS DEPENDENCIAS.......................................................... 3

A.2.1 Sala de conservación en Estado Congelado....................................4

Cálculo del volumen y superficie de transmisión de las cámaras.... 4

Cálculo de la masa de producto almacenable.................................. 5

Estimación de la masa de producto de rotación diaria almacenable 6

A.2.2 Tabla resumen de los datos y cálculos previos………...............................9

A.3 DESCRIPCION DE LOS MATERIALES AISLANTES........................................................ 3

A.3.1 Cerramientos y cubieta........................................................................4

A.3.1.1 Cerramientos exteriores.................................................................. 4

A.3.1.2 Cubierta……………………....................................................................... 4

A.3.1Suelo……………………........................................................................................ 4

A.4 ESTIMACION DE ESPESORES DE AISLAMIENTO………………………………........................ 3

A.4.1 Criterios de Calculo............................................................................ 9

A.4.2 Cálculo de Espesores...........................................................................9

- Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica 1

[ ] 2012A.4.2.1 Cerramientos Verticales.....................................................................9

A.4.2.2 Suelos..................................................................................................9

A.4.3 Elección de Espesores Comerciales.................................................. 9

A.5 ESTIMACION DE LA CARGA TERMICA ………………………………......................... …………. 3

A.5.1 Criterios de Calculo............................................................................. 9

A.5.2 Cámara de Conservación en estado Congelado............................. 9

A.5.2.1 Carga térmica por paredes, techo y suelo.......................................10

A.5.2.2 Carga térmica debida a los servicios (luces, personas, etc.)........ 12

A.5.2.3 Carga térmica debida a las infiltraciones...........................................14

A.5.2.4 Carga térmica por enfriamiento del Producto..................................17

A.5.2.5 Carga térmica debidas al Embalaje...................................................19

A.5.2.6 Carga debida al calor desprendido por los ventiladores...................21

A.5.3 Tabla Resumen Necesidades Térmicas Totales.............................. 9

A.6 MAQUINARIA FRIGORIFICA……………………………………………..……………........................ 3

A.6.1 Selección de refrigerantes………………………………………………………..

A.6.2 Compresores………………………….........................................................9

A.6.1.1 Compresor de Baja Presión...............................................................10

A.6.1.2 Compresor de Alta Presión................................................................ 12

A.6.2 Elección Comercial del Compresor..………....................................... 9


[ ] 2012

A.1 CONSIDERACIONES GENERALES.

A.1.1 Introducción.

En este anexo se procederá al diseño y dimensionamiento de la instalación

frigorífica, esencial en este caso para obtener un producto con la mayor garantía de calidad.

El anexo constará de:

-. Dimensionamiento de las dependencias.

-. Cálculo del aislamiento térmico necesario para las dependencias en función del

régimen de funcionamiento de las mismas.

-. Cálculo de la potencia frigorífica.

-. Cálculo de la maquinaria necesaria y al dimensionamiento de los equipos. Así como el

establecimiento de los elementos de control y regulación necesarios para el funcionamiento de

las instalaciones.

A.1.2 Necesidades frigoríficas.

Las necesidades frigoríficas en este tipo de industrias vienen impuestas por unas estrictas

limitaciones térmicas, delimitadas por la Reglamentación Técnico-Sanitaria, y por la naturaleza

de la materia prima debido a su alta perecidad.


[ ] 2012En efecto, si se quiere obtener un producto de alta calidad, es imprescindible

mantener la temperatura y la humedad relativa en cada una de las cámaras y salas en los

valores que se indican a continuación:

a) Cámara de conservación en estado congelado.

Una vez elaborado el producto es conservado en la planta de elaboración hasta su

expedición, las condiciones de esta cámara según recomienda la bibliografía consultada son

de –20ºC y 90% de H.R., obteniendo un período óptimo de conservación de hasta 6 meses.

En la tabla 1 se presentan las necesidades frigoríficas de la instalación proyectada.

Tabla 1. Necesidades frigoríficas de la industria.1

ÁREA REFRIGERADA TEMPERATURA

H.R.

Conservación en estado congelado-20ºC

90%

A.1.3 Descripció n genera l d e l a instalación.

De acuerdo a Cálculos de Ingeniería de Procesos (tenida en cuenta la producción de la

zona y sus datos estadísticos, así como la proyección de necesidades futuras) será necesario un

suministro diario de materias primas de 14 toneladas obteniendo unas 12 toneladas de producto

elaborado y 2 toneladas de subproductos. Por lo que se dimensionan recintos frigoríficos

para estas necesidades.2

Además será necesario aclimatar la zona de elaboración y la zona de expedición del

producto elaborado para reducir la diferencia de temperatura de estas zonas con respecto a las

óptimas del producto a fin de evitar posibles alteraciones en la calidad del mismo.

Se proyectará una instalación frigorífica que asegure los distintos niveles térmicos

requeridos, de acuerdo con el proceso de elaboración llevado a cabo. De acuerdo a esto, se

optará por varias instalaciones independientes de producción de frío por compresión mecánica.


[ ] 2012Así para el presente proyecto la instalación frigorífica a diseñar será la destinada a la

conservación de productos congelados (pescado), del mismo que se detalla la información en el

anexo B (Información del Producto).

1 bibliografía consultada ()2 Los datos fueron tomados del boletín de estadística del Ministerio de la Producción

A.2 DIMENSIONAMIENTO DE LAS DEPENDENCIAS.

A.2.1 Sala de conservación en estado congelado.

Como se ha indicado en la Descripción General de la Instalación, se procederá al

envasado diferenciando tamaño del envase y tipo de corte (filetes y rodajas de producto

elaborado).

Los dos tipos de formatos utilizados son los siguientes:

-. Formato de 7,5 Kg de dimensiones: 400 x 250 x 65 mm. (Seleccionado)

-. Formato de 0,75 Kg de dimensiones: 150 x 125 x 40 mm.

Estos envases, a su vez, serán dispuestos en envases secundarios de dimensiones:

-. 500 x 400 x 130 mm, teniendo un peso de 30 Kg conteniendo 4 envases primarios

de dimensiones 400 x 250 x 65 mm de 7,5 Kg de peso. (Seleccionado)

-. 300 x 250 x 200 mm, teniendo un peso de 15 Kg conteniendo 20 envases primarios

de dimensiones 150 x 125 x 40 mm de 0,75 Kg de peso.

En la figura 1 se muestra la distribución en planta de envases primarios en los

envases secundarios.


[ ] 2012

Figura 1. Distribución en planta de envases primarios en secundarios.


[ ] 2012Finalmente estos envases secundarios son paletizados en dos formatos con las

siguientes características:

-. 1.200 x 1.000 x 780 mm conteniendo un total de 36 envases secundarios de

dimensiones 500 x 400 x 130 mm que originaran un peso de 1.080 K g. (seleccionado)

-. 1.200 x 1.000 x 800 mm conteniendo un total de 64 envases secundarios de

dimensiones 300 x 250 x 200 mm que originarán un peso de 960 K g.

En la figura 2 se muestra la distribución en planta de envases secundarios en el

sistema de paletizado utilizado.

Figura 2. Distribución en planta de envases secundarios Normalizados de 1.00 x 1.20 m

Se prevé que la recogida de producto elaborado se realice aproximadamente cada 3

semanas llegándose a almacenar unas 252 toneladas de producto elaborado.

Debido a este criterio de trabajo y para diferenciar entre tipos de corte (fileteado y

rodajas) se diseña una cámara tipo F.I.F.O. (FIRST IN, FIRST OUT) al permitir mayor

control sobre los diferentes productos a almacenar.


[ ] 2012Los criterios de diseño de la cámara de conservación en estado congelado son los

siguientes:

*Como se citó anteriormente la producción diaria de la planta de elaboración

es de 12.000 Kg siendo el peso aproximado de los palets de 1.000 Kg (una tonelada

aproximadamente) por lo que al día se obtendrán 12 palets.

*Al prever recogida de productos elaborados cada 3 semanas serán necesarios 252 palets

que se dispondrán a 3 alturas, además la instalación considerara 2 cámaras para evitar el uso

de una cámara de grandes dimensiones para poco producto, de esta manera se formara en

planta 42 bloques por cada cámara. Siguiendo el criterio F.I.F.O. se dispondrá un pasillo de

2,8 metros de anchura facilitando la retirada de productos de forma diferenciada.

La distribución en planta de los bloques de palets en la cámara de conservación en estado

congelado se muestra en la figura 3.

Figura 3. Distribución en planta de bloques de palets en cámara de conservación en estado congelado.

Para facilitar la circulación de aire entre bloques se dejarán 0,15 m entre bloques,

0,5 m entre paredes y bloques y 0,6 m entre techo y últimas cajas. El sistema de paletizado

tiene una altura de 0,15 m. Considerando estos criterios las dimensiones de la cámara de

conservación en estado congelado son las siguientes:


Pasillo

Exterior

ExteriorExteriorInteriorInterior

[ ] 2012-. L: Longitud: (3 x 1 + 0,5 + 2 x 0,15) x 2 + 2,8 = 10.4 m.

-. A: Ancho: 1,2 x 7 + 0,5 x 2 + 6 x 0,15 = 10.3 m.

-. H: Altura: 3 x 0,8 + 3 x 0,15 + 2 x 0.15 + 0,6 = 3.8 m.

Así se obtendrá una cámara de conservación en estado congelado de dimensiones:

10.4 x 10.3 x 3.8 m.

Figura 4. Dimensiones de la cámara de refrigeración

falta

Determinación de la temperatura máxima exterior.......................... 7

A.2.2 Tabla resumen de los datos y cálculos previos……………............................................... 9


[ ] 2012A.3 DESCRIPCIÓ N D E LO S MATERIALE S AISLANTES.

A.3.1 Cerramiento s y cubierta. A.3.1.1. Cerramientos exteriores.

El cerramiento de la planta procesadora se realizará con placas aligeradas de

hormigón pretensado auto portantes de 20 cm de espesor, con acabado liso en el interior y

rugoso en el exterior.

Las características principales de estas placas son las siguientes:

-. Facilidad de ensamblaje.

-. Peso reducido.

-. Adaptabilidad a cualquier tipo de estructura.

-. Buena protección contra el fuego y ambientes agresivos.

-. No presentan necesidades de mantenimiento.

-.No precisan revestimiento, pudiéndose dejar vistas o pintadas directamente.

-. Conductividad térmica: 0,38 Kcal/mhºC.

-. Densidad aparente: 1.000 K g/m3.

Se emplearán paneles prefabricados con los que se consiguen conjuntos altamente

resistentes y que son fácilmente instalados, de forma que la disposición de estos paneles

sustituye a los cerramientos de obra de fábrica y sus características finales no dependen en tanta

medida de la mano de obra, resultando un cerramiento perfectamente sellado y con buena

resistencia mecánica.


[ ] 2012Los diferentes recintos frigoríficos, así como la sala de elaboración, envasado y

paletizado, estarán formados por paneles de iguales características a los anteriores.

A.3.1.2 Cubierta.

Como material de cubierta de la planta de procesado se ha seleccionado panel pre-

fabricado de tipo “sándwich” formado por un núcleo central de espuma rígida de poliuretano

situado entre dos chapas de acero galvanizado y acabado superficial lacado. Estas chapas son las

que aseguran la resistencia mecánica y además actúan como barrera anti vapor.

En la sala de elaboración que debe ir refrigerada además del cerramiento con placas

aligeradas de hormigón se disponen interiormente paneles de tipo “sándwich”.

El poliuretano proporciona un excelente coeficiente de conductividad térmica, para una

densidad del mismo de 38 K g/m3, = 0,02 Kcal/hmºC (Revisar Anexo B – Información

del producto).

A.3.2 Suelos.

Para el aislamiento de los suelos se emplearán igualmente planchas de poliuretano, ya

que debido a su estructura proporciona una buena resistencia mecánica que lo hacen

especialmente recomendable para suelos cargados y presenta unas buenas condiciones

como aislante (para una densidad dispuesta de 38 K g/m3, se tomará idéntica conductividad

térmica: = 0,02 Kcal/hmºC).


[ ] 2012

A.4 ESTIMACION DE ESPESORES DE AISLAMIENTO .

A.4.1 Criterio s D e Cálculo.

La transmisión de calor por conducción y convección a través de las paredes y techo se

considera en régimen permanente, y el flujo de calor viene determinado por la

Expresión:

Q=U G × A × ∆T

Siendo:

-. UG: Coeficiente global de transmisión de calor (Kcal/hm2ºC).

-. A: Superficie exterior (m2).

-. ΔT: Diferencia de temperatura entre la temperatura exterior de proyecto y la interior

de trabajo (ºC).

Con vistas al cálculo del espesor del aislante en cada orientación, se suele tomar para

el conjunto UG· T el valor de 6 Kcal/m2 h, que se denomina “pérdida máxima

económica” (q), que es el valor que limita el flujo máximo de calor permisible. 3

Por otra parte, el coeficiente global de transmisión de calor UG, depende de las

características (coeficiente de conductividad) de los aislantes y/o materiales, y de los coeficientes

de convección o de película de las superficies interior y exterior, según la expresión:


[ ] 2012

3 El valor de 6 Kcal/m2

h para cámaras de refrigeración; datos tomados de la bibliografia consultada

Siendo:-. hext: Coeficiente de convección entre aire y superficie exterior, determinado

en función del tipo de material que constituye la superficie del cerramiento y la velocidad media

del aire. Sus unidades son Kcal/hm2ºC.

-. ei: Espesor de cada una de las capas que constituyen el cerramiento (m).

-. ki: Coeficiente de conductividad de cada material (Kcal/hmºC).

-. h∫¿¿ : Coeficiente de convección entre la superficie interior y el aire (Kcal/m2

hºC). Para su determinación también habrá que tener en cuenta si el aire está en reposo o en

movimiento Uso de tablas recomendadas por la bibliografía que expresan el valor del

coeficiente en función de las condiciones atmosféricas (viento), posición de la superficie y

dirección del flujo térmico. O una aproximación del coeficiente de convección4

Tabla 2. Coeficientes de convección para algunos casos particulares.

Condiciones Posición de la superficie Flujo térmico Coeficiente de convección(Kcal/ m2hºC)

Aire en calma

Viento a 12km/h

Viento a 24 km/h

4 laaproximación de h esta dada

Horizontal Inclinada 45º

Vertical Inclinada 45º

Horizontal

Cualquier posición

Cualquier posición

por las copias de

Ascendente Ascendente Horizontal

Descendente Descendente

Cualquier dirección

Cualquier

direccion - Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica 13

[ ] 20128

87

6,55

20


[ ] 2012La expresión para el coeficiente de convección esta determinada de la siguiente forma

h = 5.3 + 3.6(w) ; [Kcal

m2hºc ]

Dónde:

- w : velocidad del aire en (m/s)

- velocidad del aire :

- interior de la cámara = w = 1m/s

- exterior de la cámara = w = 4 m/s

Entonces:

hi = 5.3 + 3.6(1) = 8.9 kcal/m2hºc

he = 5.3 + 3.6(4) = 19.7 kcal/m2hºc

Para el cálculo de T (salto térmico en una superficie), hay que conocer la ti (temperatura

interior, que será la de régimen de la cámara) y la temperatura exterior de proyecto, que vendrá

dada en función de la temperatura exterior característica de la zona en cuestión (tc), que

obedece a la expresión:

Siendo:

-. tmed:Temperatura media del mes más cálido de funcionamiento de la instalación, ºC.

-. tmax : Temperatura media máxima del mes más cálido de funcionamiento de la

instalación, ºC.

En la zona de implantación de la industria a proyectar (Matarani), estas condiciones son

las siguientes: 5

-. tmed = 24ºC. -. tmax = 39ºC.

Obteniendo una temperatura exterior de cálculo de:


[ ] 2012tc = 0,4 x 24 + 0,6 x 39 = 33º C.

Para las temperaturas exteriores a la planta de procesado se han seguido los siguientes

criterios, el incremento de las temperaturas es debido al efecto de la radiación solar incidente a

las superficies:5

-. Temperatura exterior de la pared Norte:

tn = 33 + 3 = 36º C.

-. Temperatura exterior de la pared Sur:

ts= tc = 33 º C.

-. Temperatura exterior de la pared Este:

te = 33 + 4 = 37º C.

-. Temperatura exterior de la pared Oeste:

to = 33 + 4 = 37º C.

-. Temperatura de pasillo: Se toma una temperatura de 22 º C

-. Temperatura de suelo:

De acuerdo con la bibliografía recomendada se seguirá la siguiente expresión

para obtener la temperatura del suelo:

ts = (tc + 15)/2 = (33 + 15)/2 = 24º C.

-. Temperatura de la cubierta:

tt = 33 + 9 = 42ºC


[ ] 2012

5 correcion de las temperaturas externas debido al efecto de la radiación; datos de las copias de clases

A.4.2 Cálcul o D e Espesores.

A.4.2.1 Cerramientos verticales.

Dado el pequeño espesor de las chapas de acero galvanizado (0,6 mm) y su alta

conductividad térmica, no se considerarán éstas a la hora de estudiar las pérdidas a través de

los cerramientos verticales y sólo se tendrá en cuenta el núcleo central de espuma de

poliuretano.

De acuerdo a las expresiones anteriores:

En donde q = a 6kcal/m2h (explicado anteriormente) debido a que para una cámara de congelación

Maxima transferencia de calor por paredes es de 6 kcal/m2h

Despejando el espesor del aislante de la expresión anterior, se obtiene:

Se procede al cálculo de los espesores teóricos necesarios.6

A.4.2.1.1 Cámara de conservación en estado congelado.

a) Pared Norte que limita con el exterior.


[ ] 2012

6: los espesores del hormigón y k (constante de conducción) están determinadas por la tablas y recomendaciones

Siendo: -. k = 0,02 Kcal/hmºC. (Poliuretano)

-. kH = 1.5 Kcal/hmºC. (Hormigón armado normal)

-. eH= 0,2 m.(espesor de hormigón)

-. ti = -20ºC (temperatura de refrigeración).

-. hi = 8.9 Kcal/hm2ºC.(coeficiente de convección interior)

-. te = 22ºC. (Temperatura exterior norte; temperatura de pasillo)

-. hext = 19.7 Kcal/hm2ºC. (coeficiente de convección externa)

e = 0.02∗¿)e = 0.1340 m = 13.40 cm; espesor óptimo para la pared exterior norte

b) Pared Sur que limita con el interior de la sala de elaboración.

siendo:

-. k = 0,02 Kcal/hmºC. (Poliuretano)





[ ] 2012-. hi = 8.9 Kcal/hm2ºC.(coeficiente de convección interior)

-. te = 33ºC. (Temperatura exterior sur)



[ ] 2012e=0.0 2∗¿

e = 0.1707 m = 17.07cm; espesor óptimo para la pared exterior sur b) Pared Este que limita con el exterior.

siendo:

-. k = 0,02 Kcal/hmºC. (Poliuretano)





-. te = 37ºC. (Temperatura exterior este)


e=0.0 2∗¿e = 0.1840 m = 18.40 cm; espesor óptimo para la pared exterior estec) Pared Oeste que limita con el pasillo.


[ ] 2012siendo: -. k = 0,02 Kcal/hmºC. (Poliuretano)





-. te = 22ºC. (Temperatura exterior oeste)

-.hext = 19.7 Kcal/hm2ºC. (coeficiente de convección externa)

e=0.0 2∗¿

e = 0.134m = 13.40 cm; espesor óptimo para la pared exterior oeste (pared interior)e) Techo que limita con el exterior de la sala de elaboración.

siendo:-. k = 0,02 Kcal/hmºC. (Poliuretano)





-. te = 42ºC. (Temperatura exterior techo)

-.h ext = 19.7 Kcal/hm2ºC. (coeficiente de convección externa) - Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica 21

[ ] 2012e=0.03∗¿

e = 0.2001 = 20.01 cm; espesor óptimo para el techoA.4.2.2 Suelo.

La solera propuesta está formada desde abajo hacia arriba por7:

-. Capa de grava y arena apisonada, con un espesor de 0,15 m sobre la capa de suelo.

-. Hormigón armado, con un espesor de 0,05 m.

-. Lámina bituminosa empleada como barrera antivapor.

-. Planchas de poliuretano con una densidad de 38 Kg/m3.

-. Una segunda lámina bituminosa como barrera antivapor.

-. Hormigón armado, con un espesor de 0,15 m.

El procedimiento de cálculo será idéntico al empleado en paredes y techos, con la

salvedad de que en éstos el núcleo de poliuretano era el único material aislante mientras

que en el suelo son varios los aislantes dispuestos, con conductividades térmicas y

espesores conocidos, siendo la incógnita el espesor de la capa de poliuretano.

Según lo indicado, el espesor de la capa de aislante a disponer se determina mediante la

expresión, despreciando las barreras antivapor:

En la tabla 4 se indican los valores del espesor y conductividad de las distintas capas que forman

la solera:


[ ] 2012

7 espesores tomados para el cálculo de poliuretano del suelo fueron tomados gracias a recomendaciones tomadas de universidad de Cordova Tabla 4. Solera de las áreas refrigeradas.

CAPA DE LA SOLERA ESPESOR k (Kcal/hmºC) (m)

Grava + arena 0,15 1,5

Hormigón armado 0,05 1,5

Lámina bituminosa 0,001 -

Poliuretano e 0,02

Lámina bituminosa 0,001 -

Hormigón armado 0,15 1,5

La temperatura exterior de cálculo será, según se determinó antes, de 24ºC.

e=0.03∗¿

e = 0.1387 = 13.87 cm; espesor óptimo para la suelo


[ ] 2012A.4.3. ELECCIÓ N D E LO S ESPESORE S COMERCIALES.

Consultando diversos catálogos comerciales se seleccionan los espesores de

aislantes en función de los determinados anteriormente en los cálculos, conforme a un criterio de

simplicidad (tratando de seleccionar el menor número de espesores diferentes).

En la tabla 5 se muestran los espesores obtenidos mediante los cálculos anteriores y los

espesores comerciales seleccionados para los diferentes paramentos.

Los espesores seleccionados cumplen con los espesores mínimos recomendaciones dadas por las

tablas de clase

Tabla 5. Espesor de aislante en los diferentes paramentos de la planta de procesado.

RECINTO ESPESOR PARED (mm)

ESPESOR COMERCIAL (mm)

Norte Sur Este Oeste Techo Suelo Norte Sur Este Oeste Techo Suelo

Cámara conservación en estado congelado

13.40 17.07 18.40 13.40 20.0 13.87 155 200 200 155 200 155


[ ] 2012A.5 ESTIMACIÓ N D E L A POTENCI A FRIGORÍFICA.

A.5.1 Criterio s d e cálculo.

La carga frigorífica total de cada sala (Qt ) se calculará mediante la estimación o

cálculo de una serie de sumandos:

-. Q1: Carga térmica por pérdidas a través de paredes, techo y suelo.

-. Q2: Carga térmica por renovaciones del aire de la cámara

-. Q3: Carga térmica debida a las pérdidas correspondientes al envase o embalaje.

-. Q4: Carga térmica debida al producto.

-. Q5: Carga térmica debida al calor desprendidos por los ventiladores de los evaporadores.

-. Q6: Carga térmica debida al calor desprendido por la circulación de operarios en el

almacén frigorífico.

-. Q7: Carga térmica debida al calor desprendido por las necesidades de iluminación.

-. Q8: Carga térmica debida al calor desprendido por motores de monta carga

QT : Q1+ Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q7 + Q8

A la vez se debe considerar el horario de funcionamiento de las diferentes salas y cámaras.

Las zonas de trabajo deberán encontrarse en las condiciones adecuadas al comienzo del día, y

mantenerse así durante la jornada laboral.

Por otro lado, las cámaras frigoríficas deberán funcionar durante todo el día, para no

perjudicar la conservación de los productos de su interior.

Para minimizar los costes de energía eléctrica:


[ ] 2012-. Las cámaras frigoríficas se dispondrán funcionando durante 16 h al día, con paros

intermedios para desescarche y para no sobrecargar compresores.

-. Las zonas de trabajo empezarán a enfriarse aproximadamente 2 horas antes del

comienzo de la jornada de trabajo y funcionarán durante 10 horas. Se seguirá este

funcionamiento para que al comienzo de la jornada de trabajo estén a la temperatura

adecuada.

Por todo lo dispuesto, en las salas de elaboración, envasado y clasificación, acondicionadas a

16ºC y 75% de H.R. se estimarán la distinta carga térmica, incorporándose las procedentes del

funcionamiento de los equipos de la línea de proceso y personal.

Q1: Carga térmica por pérdidas a través de paredes, techo y suelo.

Este tipo de carga térmica se estimará mediante la expresión:

Q1 = UG· A ·ΔT

Esta expresión se aplica a cada una de las paredes, así como al techo y al suelo, con los valores

de espesores comerciales expuestos en el anterior apartado.

Con los espesores comerciales propuestos en el apartado anterior, se recalculan los valores de “q”.

En la tabla 6 se muestran las pérdidas de calor obtenidas en los distintos cerramientos.

Tabla 6. Pérdidas de calor por cerramientos.

PARED Espesor (m) q (Kcal/m2h) A (m2) Q1 (Kcal/h)

Norte 0,155 5.061 39,14 198.15

Sur 0,20 5.15 39.14 201.48

Este 0,20 5.53 39.52 218.79


[ ] 2012Oeste 0.155 5.06 39.52 200.08

Techo 0.20 6.01 107.12 645.05

Suelo 0.155 5.30 107.1 568.03

Total: Q1 = 2031.57 Kcal/h · 24 horas /1dia = 48757.9 Kcal/día = 2.36 kw

Q2: Carga térmica por renovaciones del aire de la cámara.

Esta carga térmica se estimará mediante la expresión:

Q2 = Vcámara · N. Q aire

Donde: -Vcámara: 10.3*10.4*3.8 = 407.56 m3

-N : 3.1 al dia = 0.129 por hora (tablaB-2)

-Q : 127 KJ/m3 = 30.34 cal/m3 (tabla B-3)

Entonces : Q2 = 407.56*0.129*30.34

Q2 = 1595. =1600 kcal/h = 38445 kcal/dia =1.86kw

Q3: Carga térmica debido a las pérdidas por envase.

Esta carga térmica se estimará con la expresión:

Q3 = mproducto · Cp ·ΔT

Siendo:-. menvase: entrada de producto a enfriar, incrementado en un 10% debido al peso del

envase, que también debe ser enfriado (Kg/día). - Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica 27

[ ] 2012-. Cp: la capacidad calorífica del producto (Kcal/K gºC).

-.t: salto térmico, en ºC.

Donde: -menvase = 10% masaproducto = 0.0138 kg/s = 49.68 kg/h

-Cp = 1.93KJ/kg*k (polipropileno) tabla B-10

- Tingreso = -16ºC

- Trefrigeracion = -20ºC

Entonces: Q3 = 0.0138*1.93*(-16-(-20)) = 0.107 KW = 91.62 kcal/h = 2198.93 kcal/dia

Q4: Carga térmica debida al calor desprendido por los productos

La carga térmica se estimara con la expresión :

Qproducto = Qsensible antes de congelamiento + Qlatente de congelamiento + Qsensible después del congelamiento

Donde: solo consideramos el Qsensible después del congelamiento ; debido a que el producto ya ha sido

congelado hasta una Tº = -16ºC en un túnel de congelamiento anteriormente

Si: Qproducto = Qsensible antes de congelamiento + Qlatente de congelamiento + Qsensible después del congelamiento

Qproducto = 0 + 0 + mproducto * Cd*ΔT

Donde: -mproducto = 0.138 kg/s = 500 kg/h

-Cp = 1.74 KJ/kg(pescado congelado) tabla B-6

- Tingreso = -16ºC

- Trefrigeracion = -20ºC

Entonces:

Qproducto = 0.138*1.74*(-16-(-20))

Qproducto = 0.96 KW = 825.61 Kcal/h = 19814.6 Kcal/dia


[ ] 2012

Q5: Carga térmica debida al calor desprendido por los ventiladores del evaporador. Esta carga térmica se estimará como el 5% de la suma de las siguientes cargas.

Q5 = Pv x T/ (24)

Donde:

-Pv = potencia global de los ventiladores

-T = tiempo de funcionamiento

Entonces: existen recomendaciones, las cuales estiman que la Qventiladores = 5% (Q1 + Q2+ Q3+ Q4)

Q5 = 0.05*(2031.58 + 1600 + 1006 + 825.6)

Q5 = 273.16 kcal/h = 0.317 KW = 6555.81 kcal/dia

Q6: Carga térmica debida al calor desprendido por circulación de operarios en el almacén

frigorífico.

Qpersonas = nq*Nºhoras/24

Donde:-n : Nº de personas = 2 aproximadamente

-q : calor liberado por las personas (tabla B -4) = 390 w = 0.39kw Entonces:

Qpersonas = 2*0.390*2/24

Qpersonas = 0.065 KW = 55.90 kcal/h = 1341.61 kcal/dia

Tabla 7. Potencia frigorífica liberada por persona.

TEMPERATURA DEL RECINTO (ºC) POTENCIA CALORÍFICA LIBERADA POR PERSONA (Kcal/h)

16 15010 1805 2060 232


[ ] 2012-5 258

-10 283-15 309-20 325-25 362

Q7: carga térmica debida a la iluminación .

Debemos tomar en cuenta que la camara no se encuentra prendida todo el dia, solo una

determinada cantidad de horas.

Si :

Qiluminación = Apiso *qiluminacion*Nºhoras/24

Dado en recomendaciones de la Bibliografía [4], se toma un qiluminacion = 15 W/m2

Entonces:

Q iluminación = 10.3*10.4*15*16/24

Q iluminación = 71,13 kcal/h =1.071 kW = 1.707,2 kcal/día

Q8: Carga térmica debida al calor desprendido por motores de monta carga

Características del montacargas

- potencia del motor = (2*4.5 + 9) kW = 18 kW = 13.43 HP

- periodo de trabajo = 4 horas aproximadamente

Entonces:

Q8 = FM * TO * TM *0.7

Donde: TO: Tiempo de Operación del motor (hr/día)

FM: Factor de Equivalencia Térmica dada por tabla 7-6 [Bibliografía 7] (BTU/hp/hr)

PM: Potencia del Motor (HP)

Q8 = 2950*4*13.43*0.7 = 110.93 BTU/día = 1165.13 kcal/hr = 1.35 kw


[ ] 2012Finalmente

CALOR TOTAL = Σ calores*24horas/Horas de funcionamiento

Q total = (2031.58 + 1600 + 91.62 + 825.61 + 273.16 + 55.90 + 71.13 + 1165.13)*24/16

Q total = 9171.2 kcal/h = 10.66 KW = 220108.7 kcal/dia

Carga térmica = Q total* factor de seguridad

Si el factor de seguridad es de 1.3 por recomendaciones, entonces:

Carga térmica: 11922.56 kcal/h = 13.86 KW = 286141.44 kcal/dia

A.5. 3 Tabla Resumen Necesidades Térmicas Totales

A.6 MAQUINARI A FRIGORÍFICA.

Generalidades.

La instalación frigorífica se diseñará en función del proceso de elaboración llevado a cabo

en la industria, el cual determina las necesidades de frío en cada una de las dependencias

de la misma.

Con objeto de mantener la cadena de frío a lo largo del proceso, se dispondrán diferentes

niveles térmicos en cada una de las áreas refrigeradas.

Las potencias frigoríficas estimadas para cada recinto son las indicadas en la tabla 7 - Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica 31

Kcal/h kcal/dia kw2031.58 48757.92 2.362276078

1600 38400 1.86044444491.62 2198.88 0.1065337

825.61 19814.64 0.960000961273.16 6555.84 0.317624378

55.9 1341.6 0.06499927871.13 1707.12 0.082708383

1165.13 27963.12 1.3547872729171.195 220108.68 10.66406174

-. Q7: Carga térmica debida al calor desprendido por las necesidades de iluminación.-. Q8: Carga térmica debida al calor desprendido por motores de monta carga

RESUMEN DE LA CARGA TERMICA

total

-. Q1: Carga térmica por pérdidas a través de paredes, techo y suelo.-. Q2: Carga térmica por renovaciones del aire de la cámara-. Q3: Carga térmica debida a las pérdidas correspondientes al envase o embalaje.-. Q4: Carga térmica debida al producto.-. Q5: Carga térmica debida al calor desprendidos por los ventiladores de los evaporadores.

-. Q6: Carga térmica debida al calor desprendido por la circulación de operarios en el almacén frigorífico.

[ ] 2012Tabla 7. Niveles térmicos y potencias frigoríficas.

SALA T (ºC) Qo (Kcal/h)Cámara de conservación en estado congelado -20 11922.56

A.6.1 Selección de refrigerantes

Tabla 8 características de los diferentes refrigerantes

R-404A R-507 R-134 a R-502

qa (kJ/kg) 168.26 165.602 202.054 148.001

m (kg/m3) 0.09287 0.09324 0.07785 0.1051

Presión media 6.6 bar 6.88 3.22 6.24

Wc (kw)(alta) 2.119 2.144 2.082 2.125

Wc (kw)(baja) 1.891 1.872 1.8 1.85

qb = ER (kJ/kg) 149.267 148.674 178.067 131.881

Qb = ER (kJ) 13.863 13.863 13.863 13.863

COP 3.46 3.45 3.57 3.49

Para la selección del refrigerante a utilizar debemos tener en consideración diversos

parámetros como el efecto refrigerante útil (qb) , COP y también la potencia del compresor, para

finalmente seleccionar el refrigerante de mayor COP o mayor efecto refrigerante con menores

daños o menores efectos perjudiciales al medio ambiente.

Por consiguiente se selecciona el refrigerante R404a , del cual poseemos la mejores

cualidades (efecto refrigerante y COP) y menores efecto perjudiciales en comparación del R-502 y

R-22 ; debido a que el R 404a ha sido creado con la finalidad de reemplazarlo de los mismos.


Tipo de evaporador 75% 80% 85% 90%

Tubos lisos 9-10 7 5 3

Tubos con aletas 10-13 8-10 6-8 4-6

[ ] 2012Para el presente proyecto se instalaran 2 instalaciones de producción de conservación en

estado congelado descentralizadas de compresión mecánica con las siguientes características:

-. Una primera instalación para la cámara a –20ºC y 90% de H.R. con un ciclo de doble

compresión con inyección parcial en enfriador intermedio.

-. Una segunda instalación con las mismas características ya mencionadas

Los ciclos frigoríficos llevarán su compresión mediante compresores alternativos.Los

evaporadores se calcularán de acuerdo con las características de cada recinto refrigerado.

La condensación de los vapores se realizará mediante aire debido a la distancia existente

entre los diferentes equipos frigoríficos de la planta de procesado.

Refrigerante y condiciones del ciclo frigorífico.

En cuanto al recalentamiento y sub-enfriamiento se llevará a cabo en los correspondientes

equipos y mediante un cambiador de calor, especificándose en cada caso el valor de éstos en

función de las condiciones de funcionamiento de las diferentes instalaciones..

En cuanto a los evaporadores, se toma un salto térmico en función de la humedad

relativa deseada en cada recinto. En la tabla 12 se muestra el salto térmico en función de la

humedad relativa y del tipo de evaporador.

Tabla 9. Saltos térmicos recomendados.

Humedad relativa deseada

DT

En las tuberías se empleará cobre, por su facilidad de montaje y su gran resistencia frente a la

corrosión.


[ ] 2012La temperatura de condensación se ha tomado en 40ºC, como se justificará posteriormente.

Ciclo frigorífico.

Ciclo frigorífico que abastece a la cámara de conservación en estado congelado a –20 ºC.

-. Condiciones de la cámara: –20ºC y H.R.: 90%.

-. Qo = 11922.56 Kcal/h.= 13.86 kw

-. Refrigerante: R-404.

-. Diferencia de temperatura (D.T.): 5º C (tablas).

-. Temperatura de evaporación = -26º C. Pe = 2.402 bar.

-. Temperatura de condensación = 40ºC. Pc = 18.157 bar.

Pc / Pe = 6.60, y por lo tanto, es necesario utilizar un sistema de doble salto directo.

Se opta por un ciclo de doble compresión con inyección parcial en enfriador intermedio.

Es necesario el doble salto en la compresión por un lado para evitar la sobrecarga de trabajo

del compresor, así como un equipo de grandes dimensiones, caro y de difícil ajuste, y por otro

lado, para evitar el exceso de temperatura a la salida del compresor, que llevaría a la

descomposición de los aceites lubricantes del mismo.

La mayoría de los autores coinciden en la importancia de establecer en el enfriador

intermedio una presión tal que lleve a dimensionar ambos compresores (de baja y alta presión)

más ó menos de la misma magnitud, lo que resulta a su vez más económico.

Esta presión en el enfriador intermedio coincide con una temperatura de 4ºC.

Se estima una temperatura de subenfriamiento de 25ºC.

En la figura 6 se muestra el ciclo frigorífico de la cámara de conservación en estado congelado.


[ ] 2012

Figura 6. Ciclo frigorífico de la cámara de conservación en estado congelado.

Del diagrama realizado (P-h) encontramos sus parámetros de funcionamiento


[ ] 2012

T (ºC) P (bares) V(m3/s) h (KJ/kg) S (kj/kg)

1 -26 2.402 0.081613 352.842 1.6277

2 6.59 6.605 0.030993 373.206 1.6277

3 2.50 6.605 0.030370 369.948 1.6160

4 44.1 18.157 0.010438 389.896 1.6160

5 14.69 18.157 221.636

6 2.50 6.605 221.336

7 2.50 6.605 203.576

8 -26 2.402 203.576

Tabla 10 parametros de funcionamiento del R-404

La producción frigorífica específica es:

qo = h1 – h8 = 352.84 – 203.576 = 149.576 KJ/Kg = 35.732 Kcal/Kg

Se calcula el caudal másico:

= 11922.56 / 35.732 = 334.3kg/h =0.09287 kg/s

másico que pasa por dicho enfriador intermedio.


[ ] 2012

334.3*(221.636 - 203.576) + 334.3*(373.206 – 369.948) = G’ *(373.206 – 221.636)

G’ = 47 Kg/h.

G + G’ = 381.4 Kg/h.

Vesp 1’ = 0.08161 m3/Kg.

Vesp 3 = 0.03037 m3/Kg.

Con estos datos, se puede calcular los volúmenes teóricos que moverán loscompresores.

V1’ = G · Vesp 1’ = 27.3 m3/h.

V3 = (G + G’) · Vesp 3 = 11.6 m3/h.

Los trabajos de compresión son:

ΔƬCB = G · (h2 – h1’) = 334.3*(373.206 – 352.842) = 6807 KJ/h = 1626.13 Kcal/h.

ΔƬCA = (G + G’) · (h4 – h3) = 385.4*(389.896 – 369.948) = 7608.2 KJ/h = 1817.53 Kcal/h.

Se calcula el rendimiento:

= 13.863/(1.891 +2.113) = 3.45

= 247/ (313-247) = 3.74

= 0.92 > 0.74

Se indica entonces que el rendimiento económico es admisible.

Potencia frigorífica indicada teórica global:


[ ] 2012= 11922.56 / (860*3.74) = 4.02 kw

Potencia frigorífica indicada teórica del compresor de baja presión:

= 1626.13/860 = 1.89 kw

Potencia frigorífica indicada teórica del compresor de alta presión:

= 1817.53/860 = 2.11 kw

Calor a evacuar en el condensador:

Qc = (G + G’) · (h4 – h5) = 381.4*(389.896 – 221.636) = 64164.1 KJ/h= 17.8 kw.

Dimensionamiento del enfriador intermedio.

Para el dimensionamiento del enfriador intermedio se deben tener en cuenta una serie de hipótesis:

El vapor no ha de sobrepasar la velocidad de 0,5 – 1 m/s dentro del mismo.

El vapor está 2 segundos en el enfriador intermedio.

La altura del enfriador es como mínimo, 4 veces su diámetro.

Esta altura debe ser inferior a 2,5 m.

El volumen del enfriador intermedio se puede calcular con la expresión:

= 2.4*d /2

Siendo:

V = caudal volumétrico del compresor de alta presión en m3/h.

v = velocidad del vapor, en m/s.

A = superficie de la sección del refrigerador intermedio, en m2.

di = diámetro interior, expresado en m en la fórmula de la velocidad.


[ ] 2012Donde la distancia queda expresada de la siguiente manera:

di = 66.6 v1/3

Combinando estas expresiones, queda:

Para este caso, el volumen aspirado por el compresor de alta presión es 9,8 m3/h.

di = 66,6 × 11.61/3 = 130.76 mm

Se calcula la altura:

h = 4 · di = 4*150.76 = 603.04 mm = 0,63 m.

La toma de vapor (aspiración) para la compresión de alta se da a una altura de 2,4 · di sobre el

nivel del líquido.

Toma de vapor = 2,4 · 150.76 = 361.824 mm = 0,362 m.

A.6.2 Dimensionamiento del compresor

Se dispondrán compresores de tipo alternativo, ya sea simples en el caso de que no sea necesario

más de uno, o bien en paralelo, en el caso de que sea necesario.

Se intentará en el diseño que haya el mínimo número de tipos diferentes de compresores, para que

haya menos equipos de repuesto.

Para todos los compresores, se supondrán una serie de valores:

-. Rendimiento volumétrico: ƞv = 0,75.

-. Rendimiento indicado: ƞi = 0,7.

-. Rendimiento mecánico: ƞm = 0,8

-. Rendimiento de la transmisión: ƞt = 0,9.

-. Rendimiento eléctrico: ƞe = 0,9.

Para los compresores alternativos, el volumen real corresponde a la expresión: - Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica 39

[ ] 2012

Siendo:

-. D: diámetro del pistón en m.

-. L: carrera del émbolo en m.

-. N: nº de cilindros.

-. n: revoluciones por minuto.

La velocidad del pistón corresponde a la expresión:

Donde:

-n: revoluciones por minuto.

-L: carrera del émbolo en m.

y debe de estar comprendida entre 3 y 3,5 m/s.

Compresor de baja presión.

El volumen teórico de compresor es:

VtB = 21,9 m3/h.

Su volumen real es:

= 27.3 / 0.8 = 36.4 m3/h

Sabiendo que es un compresor alternativo:


[ ] 2012

Se toman una serie de condiciones de diseño, como que el compresor sea cuadrado (D = L), de un

solo cilindro, ya que es muy poco el caudal a circular por él (N = 1) y determinar el nº de

revoluciones de funcionamiento (n = 1.500 r.p.m.) ya que el pistón tendrá conexión directa con el

motor.

Entonces:

36.4 = π*d3*1*1450*60 / 4 = d= 0.08015 m = 80.15 mm

Se calcula la potencia eléctrica:

= (1.891) / (0.7*0.8*0.9*0.9) = 4.17 kw (para el compresor de baja)

Compresor de alta presión.

El volumen teórico del compresor es:

VtA = 11.6 m3/h.

Su volumen real es:

= 11.6 / 0.75 = 15.47

Sabiendo que es un compresor alternativo:

Se tienen en cuenta las mismas decisiones que en el caso anterior.

= d = 0.06026 m = 60.27 mm

Se calcula la potencia eléctrica:

= 2.11 / (0.7*0.8*0.9*0.9) = 4.658 kw

La potencia global del conjunto de compresores será:


[ ] 2012= (2.11 + 1.89) / (0.7*0.8*0.9*0.9) = 8.83 kw

8.1.2. Tipo de instalación.


ANEXO a Calculos - Proyecto Fich Modificado Domingo 11-3

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