Camara de Refrigeracion Para Carne de Cerdo y Pollo

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CÁMARA DE REFRIGERACIÓN PARA CARNES DE CERDO Y POLLO

1.1. Introducción

Desde tiempos inmemoriales que el hombre ha buscado conservar sus alimentos después

de la recolección o incluso la casa, con el fin de no perder lo que le sobraba de cada

faena, es así que empiezan an inventarse métodos para su conservación. Centrándonos

en la carne Como Tal, es aquí en donde el hombre de antaño invento la refrigeración,

conservando su presa mediante el uso de hielo en sus cuevas para así con el paso del

tiempo llegar a las llamadas cámara de frío o frigoríficas.

La refrigeración de carne en la actualidad es un proceso muy importante dentro de la

alimentación, permitiendo el almacenamiento y su posterior venta en condiciones

óptimas para su consumo, ya que este método a diferencia de los métodos de salado de

carne o ahumado, no daña las propiedades elementales del producto, si se efectúa de

buena manera y siguiendo las normas establecidas.

Es así como se llega a las cámaras de refrigeración para carne, en las cuales hay que

tener en cuenta una serie de parámetros para su diseño y un manejo de las normas que

permitan un buen desarrollo al producto que se quiere entregar. Lo que se verá

plasmado en la realización de este informe

1.2. Objetivo General.

Diseño de una cámara para conservación de carne de cerdo y pollo.

1.3. Objetivos específicos.

Cumplir con las fechas estipuladas.

Cumplir con las condiciones que estableció el cliente.

Estudiar las alternativas de solución posibles al problema.

Seleccionar una alternativa solución.

Cálculo de partes y equipos necesarios.

Selección de equipos.

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2. Conservación y refrigeración de alimentos.

Para el estudio del diseño de una cámara de conservación de alimentos es necesario

conocer el comportamiento de los alimentos a refrigerar en función de la temperatura y

la humedad. Para esto es necesario tener un control de la temperatura y la humedad.

El manejo de la temperatura está directamente asociado a la descomposición de la

materia (carne de animal en este caso). En la cual el frío no destruye los

microorganismos presentes, sino que demora y la reproducción de estos agentes. Donde

en el siguiente grafico se puede observar una relación entre los logaritmos de UFC

“Unidades Formadoras de Colonias” (representa un número de bacterias por unidad de

área) v/s los días. En la cual se establecen temperaturas de trabajo y rango en que hay

modificaciones importantes en la carne como el olor o la viscosidad.

Grafico 1.Crecimiento bacteriológico en carne almacenada a diversas

temperaturas.

2.1. Sistema de refrigeración

Para la refrigeración de la carne, generalmente se utilizar sistemas de enfriamiento

de aire mediante sistemas mecánico. Donde la refrigeración consta de dos etapas

relevantes:

Disminución de la temperatura de la carne.

Mantenimiento de la carne a baja temperatura.

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Para lograr un correcto funcionamiento de la cámara considerando estas etapas, se deben

manejar 3 parámetros: temperatura, humedad relativa y velocidad del aire. Otros

métodos de enfriamiento son la utilización de líquidos refrigerantes. Entre los

refrigerantes utilizados en la actualidad se encuentran:

R134

R404A

R407

R22

R12 Freón

R50

Para la refrigeración mediante técnicas frigoríficas existen 4 puntos importantes a manejar:

Los productos a conservar deben encontrarse inicialmente sanos.

Es necesario seleccionar un refrigerante adecuado

Es importante mantener la “cadena de frio” durante el periodo de refrigeración

Se deben cumplir las temperaturas y humedades relativas correspondientes a

cada tipo de alimento que se refrigere.

2.2. Cambios durante el proceso.

2.2.1. Antes de la congelación.

Después del sacrificio del animal se inicia la transformación de glucógeno en ácido

láctico de manera irreversible.

Los pigmentos cambian de color por reacciones redox, las grasas se oxidan, las

enzimas hidrolíticas degradan a los tejidos reblandeciéndolos.

2.2.2. Durante la congelación.

El volumen del alimento congelado aumenta y se forman cristales de

hielo durante el enfriamiento. (Figura 1)

En la congelación lenta los cristales son de mayor tamaño, acumulándose

en las células, en cambio en la congelación rápida son de menor tamaño.

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Las células pierden agua por la formación de hielo con lo que aumenta la

concentración de los solutos no congelados disminuyendo continuamente

el punto de congelación hasta un equilibrio.

Esto produce una aceleración de la precipitación y desnaturalización de

las proteínas ocasionando cambios irreversibles en los sistemas coloidales.

Las reacciones químicas y enzimáticas continúan muy lentamente.

Las proteínas de las carnes (aves y pescados) sufren una deshidratación

irreversible.

Las grasas pueden oxidarse e hidrolizarse.

Los alimentos pueden desecarse superficialmente, cuando se subliman

los cristales de hielo distribuidos en su parte exterior; produciendo las

llamadas quemaduras de hielo. (Frutos, hortalizas, aves y pescados).

Figura 1. Formación de cristales de hielo.

2.2.3. Cambios durante la descongelación

o Durante la descongelación se acelera la acción enzimática; y si esta es

muy lenta, se puede producir desarrollo microbiano.

o Las carnes al descongelarse producen un exudado o sangría (pérdida de

líquido).

2.2.4. Aspectos para diseño Cámara de conservación.

De la cámara de conservación es importante considerar el lugar en donde se desea situar

dicho equipo.

o Cuando la cámara este situada al aire libre, esta debe de evitar la exposición

directa al sol.

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o Donde será necesario utilizar un doble techo o paredes con paso de aire intermedias a

la cámara.

o En caso de la utilización de una cuartos ya construidos o elementos de ella (paredes

pisos, etc.) será necesario el análisis de las pérdidas de calor y la humedad presentes en

los elementos a aprovechar.

o Se deberá disponer un sistema de iluminación dentro de la cámara, que se maneje

desde el exterior de esta.

o La disposición y utilización de barras, ganchos y cajas de almacenaje dependerá de

la cantidad y del tipo de producto a almacenar.

2.2.5. Tiempo de enfriado de las carnes.

Grafico 2. Curvas de tiempos de refrigeración.

Curva A: refrigeración ultrarrápida (tiempo de semi-enfriamiento 4 horas);

existe riesgo de acortamiento por el frío.

Curva B: refrigeración rápida (tiempo de semi-enfriamiento 8 horas); no

existe riesgo de acortamiento por frío ni de putrefacción

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Curva C: refrigeración lenta (tiempo de semi-enfriamiento 20 horas);

existe riesgo de putrefacción.

Dados los tipos de enfriamiento posibles, se estima que el enfriamiento rápido es el más

beneficioso. Debido a que en el enfriamiento lento se corre el riesgo de putrefacción. Y

en el enfriamiento ultrarrápido se produce el acortamiento por frio (cambia el

endurecimiento de la carne, en relación a la dureza con la cual entro al proceso de

refrigeración)

Refrigeración Rápida: es el proceso más adecuado para la conservación de alimentos,

donde las canales son llevadas a dos condiciones

1.- en el primer tiempo: el aire se encuentra en un rango de -2 a 4°C, donde la circulación

del aire es de 1,5 a 2 m/s con una HR (humedad relativa) del 90%. Esta fase se

denomina semi- enfriamiento, cuyos tiempos son de 8 hrs para el vacuno y 4 hrs para el

cerdo aproximadamente.

2. - en la segunda fase se reduce la velocidad del aire, y la temperatura es de 0°C.

2.2.6. Aspectos Térmicos.

Los fenómenos de transferencia de calor corresponde al traspaso de energía térmica, este

fenómeno se representa a través de los cambios de temperatura. Los mecanismos de

transferencia de calor son:

a. Conducción.

Es el mecanismo de traspaso de energía entre dos o más cuerpos sólidos. En flujo de

calor va de mayor a menor temperatura.

El modelo matemático de Este fenómeno se representa por la Ley de Fourier.

Ley de Fourier:

Ecuación 1.Ley de Fourier

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Donde:

q= es el flujo de calor por conducción k= conductividad térmica del material

A= área transversal al flujo de calor dT= variación de temperatura

dx= variación de espesor del material

b. Radiación.

Es el mecanismo de transferencia donde el traspaso de energía se realiza entre dos

o más cuerpos con distinta cantidad de energía. Donde los cuerpos poseen una distancia

entre sí.

El modelo matemático para la radiación está dado por la Ley de Stefan-Boltzmann. Ley de

Stefan-Boltzmann:

Ecuación 2. Ley de Stefan-Boltzmann.

Donde

q= es el flujo de calor por radiación

=Constante de Stefan-Boltzmann

A= área de radiación

= factor de emisividad

= factor de forma

T1 = temperatura superficial

T2 = temperatura del cuerpo receptor

c. Convección.

Es una de las tres formas de transferencia de calor, donde el flujo se produce a través de

un medio fluido, sea liquido o gas. El modelo asociado a la convección está dado por la

Ley de enfriamiento de Newton:

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Ecuación 3. Ley de Newton.

Donde:

q = flujo de calor por convección

= coeficiente pelicular convectivo medio

A= área de transferencia de calor

= temperatura del fluido.

Tw= temperatura superficial del cuerpo.

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Capítulo 3 Dimensionamiento de la cámara.

3.1. Almacenamiento de la carne.

La carne sin un sistema de refrigeración o carne fresca es muy propensa al ataque de

bacterias del aire, la reproducción de estas aumenta a medida que aumenta la

temperatura y la humedad, es por esto que cuando no se dispone de un sistema de

refrigeración la carne debe ser vendida dentro de las primeras 12 hrs desde la muerte del

animal.

Como se menciona anteriormente los cambios físicos, químicos y microbiológicos en la

carne fresca son estrictamente una función de la temperatura y la humedad. El control

de la temperatura y la humedad constituye en la actualidad el método más importante

de conservación de la carne para atenerse a las necesidades del mercado.

La temperatura ideal de almacenamiento de la carne fresca oscila en torno al punto de

congelación alrededor de -3°C para el cerdo y el pollo.

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Tabla 1. Extracto temperatura de conservación

de cerdo.

Tabla 2. Extracto temperatura de conservación

de aves.

3.2. Restricciones sanitarias.

En el diseño de la cámara de conservación de carne, el cliente solicito regirse por las

normas establecidas por la SEREMI de Salud “REGLAMENTO SANITARIO DE LOS

ALIMENTOS DTO N° 977/96 (D.OF. 13.05.97)”, donde tenemos los siguientes artículos

que se aplicaran al diseño de dicha cámara.

Según lo establecen los Artículos desde el 1 hasta el 4 se tiene que la producción,

importación, elaboración, envase, almacenamiento, distribución y venta de los alimentos

debe realizarse según las condiciones sanitarias del reglamento sanitario de alimentos. Ya

estas normas se establecieron para proteger la salud y nutrición de la población

suministrando productos sanos e inocuos.

Desde los artículos 268-280 se establecen las normas correspondientes a los alimentos de

carne de Origen de diversos orígenes, donde el de origen porcino será el necesario

estudiar para el diseño de la cámara de conservación.

El artículo 270 establece las condiciones a la cual debe estar la carne estableciendo la

importancia de olor, color y tacto.

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El artículo 271 establece que la temperatura a la cual debe estar la carne para

conservación, va desde un rango de temperaturas entre 0 a 7°C. Esto según mediciones

correspondientes al decreto N°94 de los Ministerios de Agricultura y Salud.

Estos artículos serán los relevantes para la conservación de la carne de cerdo.

Entre los artículos 281-290 se encuentran las consideraciones para la carne de ave,

donde están:

El artículo 281 establece que se deben extraer: sangre, plumas, patas,

cabeza, buche, tráquea, esófago, vísceras, pulmones y órganos genitales del

animal.

El artículo 286 menciona que la temperatura máxima a ser enfriada la carne de

ave trozada es de 2°C

El artículo 293 norma las cantidades de agua residual máximas admisibles que

se pueden encontrar en las carcasas.

Para aves refrigeradas:

Tabla 3. Porcentaje de agua admisible en bandejas.

Además se toman las siguientes consideraciones para el dimensionamiento:

o Piso del material impermeable, antideslizante y con pendiente hacia el

punto de drenaje.

o Las paredes, techos y puertas deberán estar revestidos con un material

impermeable de fácil lavado y desinfección, y las puertas deberán tener

dispositivos que permitan su apertura desde el interior.

o Buena iluminación y una calidad tal que no altere el color natural de

las canales y subproductos.

Enfriamiento por Aire 3%

Enfriamiento Mixto (Agua y Aire) 6%

Enfriamiento por agua 8%

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o Rieles para canales de ganado mayor que deberán estar a una distancia

mínima entre sí de 80 cm. y a no menos de 60 cm. de paredes y pilares.

o Los rieles para canales de ganado menor, deberán estar a una distancia

mínima entre sí de 50 cm.

o Altura de rieles desde el piso no menor de 3.30 m para medias reses

vacunas o 2,50 m para cuartos vacunos.

o Los rieles deberán tener una altura tal que las canales de cualquier

especie, al estar suspendidas, queden a una distancia mínima de 30 cm. del

piso. Deberán mantenerse limpias y no deberán contener elementos ajenos

a la actividad normal que en ella se desarrolle.

o Carga de riel 3 medias reses por metro.

o Los equipos de refrigeración deberán ser capaces de mantener las

temperaturas internas de las carnes, exigidas en este proyecto.

3.3. Dimensionamiento cámara.

Para el dimensionamiento de la cámara para conservación de carne de cerdo y pollo se

toman consideraciones diferentes para cada tipo animal, ya que su conservación es

diferente, ya que el cerdo se almacena en rieles que mantienen la canal completa o

media canal, dependiendo de cómo se quiera conservar, a diferencia del pollo que se

almacena en bandejas. Por estos motivos se tiene una consideración general y después se

procede individualmente:

Tabla 4. Características carnes a conservar.

3.3.1. Cálculo dimensión cerdos.

Tipo de carne Peso Promedio Densidad carga

Cerdo 90 kg 135 kg mlineal

Pollo 2 kg

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El cerdo faenado se trabajó en canales, esto quiere decir que una canal es un cerdo

entero sin vísceras y cabeza, por ende media canal es la mitad del cerdo faenado, se

almacenan en rieles, que es un dispositivo que permite una mejor manipulación de la

carne del cerdo.

o Cantidad de medias canales.

Ecuación 4. Cantidad de medias canales.

Calculo carga máxima real riel.

Calculo carga maxima =cantidad medias canales x peso promedio media canal

Ecuación 5. Cálculo carga máxima.

Calculo de carga maxima=23x45kg

Calculo carga maxima=1035kg

o Calculo longitud riel.

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3.3.2. Cálculo dimensión pollos.

Como se mencionó anteriormente, la carne de pollo se conserva de diferente manera

a la de cerdo, en este caso se conservan en cajas, las cuales deben almacenar de manera

que formen columnas de no más de 5 de estas de altura, con una separación mínima de 5

cm entre columnas, cada columna ira asentada al piso en base de plástico de mínimo 5

cm de altura en relación al piso.

Parámetro Dimensión (mm)

Largo 595

Ancho 400

Alto 170

Tabla 5. Dimensiones bandeja de pollo.

Cantidad de pollos.

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Figura 2. Cajones de pollos.

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3.3.3. Calculo sistema de rieles para el transporte de las canales de cerdo.

Para determinar el tipo de viga que se ve a utilizar en el transporte de las canales de

cerdo es necesario determinar el modulo resistente que se obtiene a partir de la

ecuación del esfuerzo de fluencia que se denomina .

Ecuación 11. Momento.

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Donde:

W = Carga máxima

[kg/m] L = Longitud de

la viga [m]

Además se toma un factor de seguridad n = 0,6, para calcular el esfuerzo de

fluencia:

Para la construcción de los rieles se seleccionó el acero de la norma ASTM (Sociedad

Americana de Ensayos y Materiales) A 36, que presenta las siguientes caracterististicas

tiene un esfuerzo de fluencia de 2 530 kg/cm2 (250 MPa, 36 ksi) y un esfuerzo mínimo de

ruptura en tensión de 4 080 kg/cm2 a 5 620 kg/cm2 (400 a 550 MPa, 58 a 80 ksi), y su

soldabilidad es adecuada. Se desarrolló desde hace muchos años en Estados Unidos para

la fabricación de estructuras remachadas, atornilladas y soldadas, soldadas empezaron a

desplazar a las remachadas que pronto desaparecieron.

Tabla 6. Esfuerzos de fluencia Fy y Fu.

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(1) Norma mexicana.

(2) American Society for Testing and Materials.

(3) Valor mínimo garantizado del esfuerzo correspondiente al límite inferior de

fluencia del material.

(4) Esfuerzo mínimo especificado de ruptura de tensión. Cuando se indican dos

valores, el segundo es el máximo admisible.

(5) ASTM especifica varios grados de acero A500, para tubos circulares y rectangulares.

(6) Para perfiles estructurales; para palcas y barras, ASTM especifica varios

valores que dependen del grueso del material.

(7) Depende del grado, ASTM especifica grados 50, 60, 65 y 70.

Teniendo clara la carga de los canales de cerdo 135 kg/m que es lo que deben soportar los

rieles y suponiendo que la carga se distribuye uniformemente sobre la viga como indica la

figura.

Figura 3. Diagrama de carga de

vigas.

El largo en el cual se encuentran estas vigas en el mercado son 6 metros, por lo cual se

trabaja con este largo. Una vez calculado el modulo resistente se busca en tabla el valor

más cercano y se selecciona la viga que se utilizara.

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Tabla 7. Selección de vigas

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Figura 4. Dimensiones cámara frigorífica.

Mediante el procedimiento antes mencionado la cámara frigorífica alcanzo las siguientes

dimensiones 5,04 m x 4,08 m x 2,7 m.

Las dimensiones de la puerta serán de 1 m x 2 m, con el fin de minimizar las pérdidas por

infiltraciones y poder operar sin ningún problema los productos mediante el uso de una

transpaleta manual.

Figura 5. Dimensiones transpaleta.

CAPÍTULO 4 TEORÍA DE CÁLCULO.

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4.1. Cálculo de Cargas Térmicas en Instalaciones Frigoríficas.

Para seleccionar el equipo de refrigeración necesario, es preciso estimar o calcular la

carga térmica del espacio a refrigerar, que llamaremos “Cámara”. Las ganancias de calor

que forman parte de la carga térmica total, proceden de cinco fuentes fundamentales:

Carga por transmisión a través de las paredes: Cálculo de espesores de aislamiento y

transferencia de calor a través de las paredes exteriores.

Carga del producto: Calor contenido en el producto refrigerado y almacenado.

Carga por respiración del product: Para frutas y hortalizas.

Carga por renovación del aire: Calor asociado al aire que entra en el espacio

refrigerado.

Carga por fuentes internas: Carga de calor correspondiente al calor desprendido por las

personas que trabajan en el interior de la cámara, por el alumbrado, motores eléctricos,

etc.

Carga de las personas: Calor desprendido por las personas que trabajan en el interior de

la cámara frigorífica.

Carga del alumbrado: Calor desprendido por las lámparas en el interior de la cámara.

Carga de los ventiladores: Calor asociado a los ventiladores de los evaporadores.

Otras cargas por servicio.

4.2. Carga por transmisión a través de las paredes

Para la realización de éste cálculo se debe tener en cuenta los siguientes datos:

Tipo de aislamiento

Coeficientes de conductividad térmica

Temperatura exterior

Temperatura interior

Máxima pérdida admisible

Coeficientes de convección

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4.2.1. Pérdida de calor admisible por las paredes

Es la cantidad de calor que puede permitir que se pierda en una pared por unidad de

superficie (Q/A). Muchos autores suelen fijar el valor de las pérdidas de calor en 10

W/m2 para temperaturas positivas y 8 W/m2 para temperaturas negativas; si bien el

instituto del frío de Paris recomienda 8 W/m2 para el primer caso y 6 W/ para el

segundo caso. Por lo tanto se tomará valores de 8 W/m2 para cámaras de conservación y

6 W/ para cámaras de congelación.

4.2.3. Diferencia de Temperatura entre el espacio exterior y el espacio refrigerado

Las temperaturas exteriores consideradas para aquellos lugares de la cámara que estén

directamente con el exterior serán las recomendadas por el ministerio correspondiente

para cada zona geográfica. En caso de no conocer este valor se puede calcular mediante:

Dónde:

T . m á x : T° máxima de la zona en el tiempo de funcionamiento de la cámara.

T . m ed : T° media de la zona en el tiempo de funcionamiento de la cámara.

4.2.4. Cálculo del espesor de aislamiento

El cálculo del espesor de aislamiento se debe realizar para cada uno de las

paredes que componen la cámara frigorífica, teniendo en cuenta las diferencias

constructivas y de temperatura que hay en cada uno de ellos.

Se tiene entonces la fórmula general de la ganancia o pérdida de calor:

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Dónde:

Q= Filtraciones de calor, en W

U= Coeficiente global de transferencia de calor, en W/m2°C

A= Área o superficie de transferencia de calor, en m2

∆ t = Diferencia de Temperaturas del exterior y del interior de la cámara, en °C.

Y la fórmula del coeficiente global de transferencia de calor viene dado por:

Ecuación 14.Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

Dónde:

ei= Espesor del material “i” que compone la pared, en m

ki= Conductivad térmica del material “i” que compone la pared, en W/m°C

hi= Coeficiente pelicular convectivo interior, en W/m 2°C

he= Coeficiente pelicular convectivo exterior, en W/m2°C

Por lo tanto, el espesor de aislamiento para cada pared y/o techo queda

dado por:

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Ecuación 15. Espesor de aislamiento.

4.2.5. Cálculo de carga térmica del producto.

Se calculará el calor del producto para poder llevarlo a la temperatura del espacio

refrigerado, que será el calor sensible a extraer, para enfriar el producto, desde su

temperatura inicial hasta la de refrigeración y la cual viene dada por:

Ecuación 16. Carga térmica del producto.

Dónde:

Qs= Calor sensible en W

m= Masa del producto en Kg/s

Ce= Calor específico del producto en J/Kg °C

t = Diferencia de temperaturas entre la temperatura inicial del producto y la

temperatura de refrigeración del mismo.

Cabe destacar que no se calculará el calor latente del producto, ya que no hará

presente la congelación del producto en sí.

Los valores de los calores específicos de las carnes antes de la congelación a ingresar a la

cámara están determinados por tabla, determinados por el ministerio correspondiente.

Si no lo estuvieran, hay relaciones aproximadas para calcularlos, las cuales serían las

siguientes:

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Ecuación 17. Estimación Calores específicos.

Siendo:

a= Cantidad de agua en la carne en %

b= Cantidad de materia orgánica en la carne en %, donde se toma como calor

especifico de la materia orgánica 0,4 Kcal/Kg °C = 1673,6 J/Kg °C.

Si se desconoce el dato del contenido en agua ni el calor específico del producto se puede

tomar como calor específico 0,85 Kcal/Kg °C = 3556,4 J/Kg °C.

4.2.6. Cálculo por respiración del producto.

Aunque no se calculara ya que es para frutas y vegetales, es importante conocerlo. Las

frutas y los vegetales continúan con vida después de su recolección y también continúan

sufriendo cambios mientras están almacenadas. Lo más importante de esos cambios son

los producidos por la respiración, que es un proceso durante el cual el oxígeno del aire se

combina con los carbohidratos en el tejido de la planta dando como resultado la formación

de dióxido de carbono y calor. El calor eliminado es llamado calor de respiración y debe

ser considerado como una parte de la carga del producto donde cantidades considerable

de frutas y/o vegetales están almacenadas a una temperatura superior a la de

congelación. La cantidad de calor involucrada en el proceso de respiración depende del

tipo y temperatura del producto.

La carga del producto proveniente del calor de respiración se calcula multiplicando la

masa total del producto por el calor de respiración obtenido de las tablas. Se tiene:

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Ecuación 18.Calor por Respiración del producto.

Para el producto almacenado se toma como calor de respiración de 0,4 Kcal/Kg °C =

1673,6 J/Kg °C.

Si no se conoce el valor del calor de respiración del producto diario de entrada en la

cámara se toma el valor de 2,2 Kcal/Kg °C = 9204,8 J/Kg °C.

4.2.7. Cálculo de carga térmica por infiltración o renovación de aire.

Cada vez que la cámara se abre al aire exterior penetra en la zona de

refrigeración. La temperatura y humedad relativa del aire exterior, que es aire cálido debe

ser integrado en las condiciones interiores de la cámara, con lo que hay un incremento de

la carga. El calor a extraer del aire exterior, para adaptarlo a las condiciones interiores de

la cámara, se obtienen del diagrama psicrométrico, teniendo en cuenta las condiciones de

entrada del aire y del mismo dentro de la cámara.

La tabla de renovaciones no debe usarse cuando se prevea una ventilación con aire

exterior. La carga de ventilación, en estas condiciones, reemplazará la relativa a la apertura

de las puertas. Para reducir las infiltraciones a través de las puertas, pueden utilizarse

varios sistemas, entre los que se encuentran, las cortinas de aire o bandas elásticas, las

antecámaras y las puertas automáticas. Las tablas de renovaciones, indican que numero

de cambios de aire en 24 horas, para distintos volúmenes de cámaras obviamente son

basados en experiencias prácticas.

El calor por renovación del aire se calculará aplicando la fórmula:

Ecuación 19. Calor Renovaciones de aire.

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Dónde:

= Calor por renovaciones de aire, en W

= Volumen de la cámara, en m3

= Calor del aire en W/m3, obtenido por diagrama psicométrico o por tabla.

Si se desconoce el nivel de infiltraciones que pueda tomar la cámara podemos estimar las

pérdidas por este motivo:

Para cámaras grandes de almacenamiento en un 10%

Para cámaras de almacenamiento y distribución en un 25%

Para cámaras pequeñas en un 40%

Por ejemplo, para cámaras grandes sería:

4.3. Cálculo de carga térmica por fuentes internas.

4.3.1. Cálculo de la carga por personas

El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad está desprendiendo calor, aun

cuando no realice actividad física, el simple hecho de que su organismo trabaje para

mantenerlo vivo es suficiente para que se libere calor. La energía calórica cedida por los

ocupantes está en función directa de la actividad que desarrolle en el interior del espacio.

Existen valores determinados para ciertas actividades que se pueden desarrollar en el

área a tratar, los cuales se localizan para su uso práctico en tablas. Los valores que se

muestran en estas tablas como el equivalente del calor por persona (ECPP) es la suma del

calor sensible más su correspondiente calor latente.

Las personas desprenden calor en distintas proporciones, dependiendo de la

temperatura, tipo de trabajo, corpulencia, etc. Dado el grado de aleatoriedad de esta

variable se toma directamente de tabla.

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El calor total de las personas será:

Ecuación 20. Carga por personas.

Siendo:n= Número de personas que entran a la cámara.

q= Calor desprendido por persona.

t= tiempo medio de permanencia de las personas en la cámara.

4.3.2. Cálculo del calor generado por el alumbrado.

Se asocia básicamente al calor generado por la iluminación que habrá dentro de la

cámara, ya sean lámparas, tubos fluorescentes o lo que sea ocupado para esta

necesidad. Si se conoce la potencia del alumbrado instalado el valor del calor generado

será:

Ecuación 21. Carga alumbrado.

Dónd:

nL= Numero luminarias.

Nl= Potencia luminarias.

eL= Eficiencia Luminarias.

Para los tubos fluorescentes se toma un 25 % de incremento de la potencia instalada.

Si se desconoce la potencia instalada se pueden tomar para zonas de almacenamiento 12

W/ y para zonas de trabajo 27 W/ . En este último cálculo, hemos de tener en cuenta

que 1 W en lámparas incandescentes normales equivalen a aproximadamente 0,2 W en

lámparas de bajo consumo.

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4.1.5.3. Cálculo de calor generado por los ventiladores de los

evaporadores.

Como la potencia de los ventiladores se desconoce a priori se considerará para este

concepto un

10 % de la suma de las potencias ya calculadas en los apartados anteriores, por lo que

queda de la siguiente manera:

Ecuación 22. Carga ventiladores.

Dónde setiene:

Q.Par= Carga térmica generada por las paredes.

Q.Per= Carga térmica generada por las personas u ocupantes.

Q.Renov= Carga térmica generada por las infiltraciones o renovaciones de aire.

Q.Ilum= Carga térmica generada por el alumbrado, iluminación dentro de la cámara.

Q.Prod= Carga térmica generada por la carne o producto a enfriar.

4.1.6. Obtención de la carga térmica total

Para obtener la carga térmica total se debe sumar todas las cargas obtenidas

anteriormente y aplicarle un factor de seguridad de un 10 % con lo que quedaría de la

siguiente manera:

Ecuación 23.Carga térmica total.

Se deben tener en cuenta para calcular la carga térmica total, las horas de

funcionamiento de los equipos.

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Capítulo 5 Selección de Componentes

5.1. Ciclo de refrigeración de la refrigeración.

Para el sistema de refrigeración opere correctamente, son necesarios 4 equipos

indispensables:

Compresor

Condensador

Válvula de expansión

Evaporador

Figura 6. Componentes Ciclo refrigeración.

5.1.1. Análisis termodinámico del ciclo Planck

El ciclo Planck ideal de refrigeración consta de cuatro procesos, donde

se tiene:

5.1.1.1. Compresión isotrópica:

Consiste en la compresión a entropía constante (isotrópicamente) del refrigerante, esto

se produce mediante un compresor mecánico. Aquí la sustancia ingresa con título 1,

alcanzando finalmente una presión de alta.

5.1.1.2. Rechazo de calor:

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Este proceso se caracteriza por el intercambio de calor que realiza el refrigerante

hacia la atmosfera. Por este proceso el refrigerante se condensa a presión constante

(isobáricamente), hasta llegar que el refrigerante llegue a un título igual a 0.

5.1.1.3. Expansión isoentálpica:

En este proceso el refrigerante se expande a entalpia constante (isoentálpica), por

medio de un dispositivo de expansión, con el fin de bajar la presión de la sustancia.

5.1.1.4. Admisión de calor:

Una vez terminada la expansión isoentálpica, el refrigerante comienza a absorber energía

térmica por medio de un intercambiador de calor (evaporador).

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5.2. Equipos.

5.2.1. Compresor

Este equipo cumple las funciones de: reducir la presión en el evaporador, hasta que el

refrigerante llegue a una temperatura fijada. Además de mantener la presión retirando

los vapores y elevando la temperatura del medio condensado.

Entre los tipos de compresores se

encuentran:

Compresor alternativo: este tipo de compresor puede encontrarse de simple o

de doble efecto, esto depende de la compresión del fluido si se realiza a un lado

del pistón o en ambos extremos. El más utilizado es el de simple efecto.

Compresor de tornillo: son conocidos además como compresores helicoidales,

esta

compresión es continua. El cual funciona por medio de dos rotores en conjunto

de un sistema de rodamientos, los cuales producen la compresión dentro de una

cámara.

Compresor abierto: es el tipo de compresor más antiguo, el que se caracteriza

por sus

grandes dimensiones y su bajo número de revoluciones debido al gran tamaño de

los cilindros. Este equipo tiene la desventaja de su cierre hermético el que provoca

fugas de refrigerante y de aceite.

Compresores herméticos: su característica radica en las dimensiones reducidas

y el

poco ruido de estos equipos. Estos equipos pueden funcionar a altas

revoluciones.

Compresores semiherméticos: la ventaja de estos equipos consiste en la

capacidad que se puede desmontar las piezas para luego ser reparados. El equipo

es más robusto en comparación a los herméticos.

32


5.2.2. Evaporador

Un evaporador es un intercambiador de calor, con el fin de conseguir una temperatura

dentro de un recinto.

La principal función de este equipo es asegurar el intercambio de calor entre el medio y

el fluido refrigerante. Donde en el proceso el fluido para evaporarse requiere de la

absorción de calor.

Dentro de la clasificación de los evaporadores se

tienen:

Evaporadores inundados: para este tipo de evaporadores el fluido refrigerante

entra en estado líquido y sale como una mezcla de gas y líquido, pero el

porcentaje predominante es el líquido.

Estos equipos poseen un gran rendimiento, debido a que la salida del refrigerante

tiene un porcentaje mayor de líquido. Esto supone que la diferencia entre las

temperaturas del ambiente y del fluido es prácticamente constante.

Evaporadores semi inundados: están formados por dos colectores de

distintos

diámetros, los cuales están conectados por un sistema de tubos en paralelo, por

donde circula el líquido refrigerante. Estos tipos de evaporadores generalmente

son de tubos con aletas.

Evaporadores secos: en este tipo el fluido refrigerante se encuentra en la

salida del

evaporador en estado gaseoso. La alimentación de estos evaporadores se produce

generalmente por medio de válvulas de expansión termostáticas

33


5.2.3. Condensador

Este elemento es un intercambiador de calor, este causa la condensación de los gases

provenientes de la salida del compresor. El condensador debe ser capaz de extraer y

disipar el calor absorbido en el evaporador y en los procesos de compresión.

Los condensadores se pueden clasificar dependiendo el medio por el cual disipa el calor,

donde se encuentran:

Condensadores refrigerados por aire: este tipo de condensadores normalmente

trabaja en condiciones de convección forzada. Según su forma, los condensadores

se pueden clasificar en tubos lisos, tubos con aletas o de placas.

El más utilizado es el de tubo con aletas. Donde la separación de estos elementos

facilita el paso del aire y la posibilidad de acumular suciedad en el condensador

Condensadores refrigerados por agua: en este grupo se pueden

encontrar

condensadores que utilizan el calor sensible del agua, el calor latente o una

combinación de ambas.

Entre los que utilizan el calor sensible se pueden encontrar de distintas cantidad

de tubos, dirección de flujo refrigerante, verticales u horizontales.

Los condensadores que utilizan el calor latente del agua también son

llamados

condensadores evaporativos, dentro de este tipo se pueden encontrar

condensadores con aletas, pulverizadores.

En cambio los condensadores que utilizan el calor sensible y el calor latente

se caracterizan por constituirse de serpentines de agua para el enfriamiento.

5.2.4. Válvulas de expansión.

Entre las funciones de esta válvula se

encuentran:

34


i. Regular la cantidad de fluido refrigerante que entren al

evaporador. ii. Controlar las presiones en los extremos de la

válvula.

iii. Causar la expansión del fluido.

Dentro de las tipos de válvula, las más utilizadas

son:

Válvulas manuales: son válvulas utilizadas en condiciones de carga térmica

constante.

Son utilizadas en montajes by-pass con otra válvula de expansión para

complementar la regulación o en momentos críticos como la avería de otra

válvula.

Tubos capilares: se utilizan en donde la carga térmica varía poco. Esta consta de un

tubo

de tamaño pequeño, que une el flujo del condensador al evaporador. Este

elemento causa la caída de presión y de temperatura. Probando la expansión del

refrigerante.

Válvulas de expansión termostáticas: este elemento de expansión tiene la

capacidad de

generar la caída de presión entre el condensador y el evaporador. Este elemento

funciona por el accionamiento de un bulbo sensor de temperatura encargado del

cierre y abertura del caudal de refrigerante.

Válvulas de expansión de flotador: estas válvulas constan de un flotador que se

encarga

de controlar el líquido refrigerante. Estas válvulas se pueden clasificar como de

alta o baja presión.

35


5.3. Refrigerante.

5.3.1. Definición de Refrigerante.

De manera general, un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúe como

agente de enfriamiento, absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Desde el punto de

vista de la refrigeración mecánica por evaporación de un líquido y la compresión de

vapor, se puede definir al refrigerante como el medio para transportar calor desde donde

lo absorbe por ebullición, a baja temperatura y presión, hasta donde lo rechaza al

condensarse a alta temperatura y presión. Los refrigerantes son los fluidos vitales en

cualquier sistema de refrigeración mecánica. Cualquier sustancia que cambie de líquido

a vapor y viceversa, puede funcionar como refrigerante, y dependiendo del rango de

presiones y temperaturas a que haga estos cambios, va a tener una aplicación útil

comercialmente.

Existe un número muy grande de fluidos refrigerantes fácilmente licuables; sin embargo,

sólo unos cuantos son utilizados en la actualidad. Algunos se utilizaron mucho en el

pasado, pero se eliminaron al incursionar otros con ciertas ventajas y características que

los hacen más apropiados. Recientemente, se decidió descontinuar algunos de esos

refrigerantes antes del año 2000, tales como el R-11, R-12, R-113, R-115, etc., debido al

deterioro que causan a la capa de ozono en la estratósfera. En su lugar, se van a utilizar

otros refrigerantes como el R-123, el R-134a y algunas mezclas ternarias.

36


5.3.2. Identificación de Refrigerantes

Los refrigerantes se identifican por números después de la letra R, que significa

"refrigerante". El sistema de identificación ha sido estandarizado por la ASHRAE (American

Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Es necesario estar

familiarizado con los números, así como con los nombres de los refrigerantes.

5.3.3. Requerimientos de los Refrigerantes

Para que un líquido pueda ser utilizado como refrigerante, debe reunir ciertas

propiedades, tanto termodinámicas como físicas. El refrigerante ideal, sería aquél que

fuera capaz de descargar en el condensador todo el calor que absorba del evaporador,

la línea de succión y el compresor. Desafortunadamente, todos los refrigerantes

regresan al evaporador arrastrando una cierta porción de calor, reduciendo la capacidad

del refrigerante para absorber calor en el lado de baja.

37


5.3.4. Propiedades Termodinámicas.

Son aquellas que tienen relación con el movimiento del calor. Estas propiedades se

publican para cada refrigerante en forma de tablas. Estas tablas se dividen en dos

secciones: Propiedades de Saturación de Líquido y Vapor, y Propiedades del Vapor

Sobrecalentado. Las primeras se dan comúnmente a intervalos de temperatura, y las

segundas, se dan tanto a intervalos de presión, como de temperatura. Estas tablas son

elaboradas por los fabricantes de refrigerantes y algunas asociaciones relacionadas con

refrigeración, y se pueden encontrar en libros de texto, manuales o boletines técnicos.

Las de mayor aplicación para resolver problemas de cálculos y diseño de equipos, son las

tablas de propiedades termodinámicas de saturación. Las Propiedades termodinámicas

son las siguientes:

P r e s i ó n : Las presiones que actúan en un sistema de refrigeración, son

extremadamente importantes. En primer término, se debe operar con presiones

positivas; es decir, las presiones tanto en el condensador como en el evaporador,

deben ser superiores a la presión atmosférica. Si la presión en el evaporador es

negativa, es decir, que se esté trabajando en vacío, hay riesgo de que por una

fuga entre aire al sistema. Por esto, el refrigerante debe tener una presión de

evaporación lo más baja posible, pero ligeramente superior a la presión

atmosférica.

T e m p e r at u ra : Hay tres temperaturas que son importantes para un refrigerante y

que deben ser consideradas al hacer la selección. Estas son: la de ebullición, la

crítica y la de congelación. El punto de ebullición de un refrigerante debe ser

bajo, para que aun operando a presiones positivas, se pueda tener una

temperatura baja en el evaporador. Debe tener una temperatura crítica por arriba

de la temperatura de condensación Por otra parte, la temperatura de congelación

38


de un refrigerante, debe ser más baja que la temperatura del evaporador. No se

puede utilizar un refrigerante que se congele a la temperatura de trabajo del

evaporador.

V o l u m en : En un sistema de refrigeración, al agregar calor al refrigerante,

aumenta su temperatura y su volumen específico, pero su presión permanece

constante; ya que, en el evaporador, en la línea de succión y en el condensador, la

temperatura de saturación es lo que controla la presión del vapor sobrecalentado.

Inversamente, si disminuye la temperatura del refrigerante, disminuye su

volumen específico. Por lo tanto, el refrigerante debe tener un valor bajo de

volumen específico en fase vapor, y un valor alto de volumen en fase líquida.

E nt a l p i a : Es la propiedad que representa la cantidad total de energía térmica o

contenido de calor, en un fluido. Sus unidades son kcal/kg. Para la mayoría de los

refrigerantes, se considera que su entalpia es cero a una temperatura de

saturación de -40°C. Entonces, el calor agregado o sustraído de un refrigerante,

desde ese punto, se considera que es su entalpia total. Por lo tanto debe tener un

valor alto de calor latente de vaporización.

Dens i d ad : La densidad de un fluido, puede definirse como su peso por unidad de

volumen.

Las unidades en que se expresa esta propiedad, son comúnmente kg/m³ o puede

utilizarse también kg/l. Los valores de la densidad tienen algunas aplicaciones

útiles para cálculos de ingeniería, mayormente la densidad en fase líquida. La

densidad en fase vapor es útil en

problemas que involucran al evaporador, la línea de succión y el condensador. La

densidad

en fase líquida se utiliza, entre otras cosas, para calcular la capacidad de cilindros

o tanques recibidores.

39


E ntr o pí a : La entropía, es pues, una relación que describe la energía relativa

en el refrigerante, y se determina dividiendo la cantidad de calor en el líquido o

en el vapor, por su temperatura absoluta. Al igual que las otras propiedades

termodinámicas de los refrigerantes, también se tienen en la tabla valores para

el líquido y para el vapor a intervalos de temperaturas. Similar a la entalpia, el

valor de entropía de un refrigerante líquido a -40°C, es 0, y los valores que

realmente importan, son los cambios de entropía desde una temperatura de

saturación a otra.

5.3.5. Propiedades Físicas y Químicas.

No debe ser tóxico ni venenoso.

No debe ser explosivo ni inflamable.

No debe tener efecto sobre otros materiales.

Fácil de detectar cuando se fuga.

Debe ser miscible con el aceite.

No debe reaccionar con la humedad.

Debe ser un compuesto estable.

5.4. Selección Del Refrigerante

40


5.4.1. Refrigerante R-134a.

El R-134a es un refrigerante HFC de cero potencial de destrucción del ozono y con

propiedades muy similares al R-12. Es utilizado como un refrigerante puro en las

aplicaciones que tradicionalmente usaban R-12 y como componente en mezclas de

refrigerantes diseñadas para sustituir R-502 y R-22. Los fabricantes de compresores y

sistemas ya tienen disponibles equipos que han sido diseñados específicamente para el

R-134a. Pruebas de laboratorio y en el campo también han confirmado que el R-134a

funciona bien como un sustituto para reconversiones en

sistemas que usan R-12 y R-

500.

5.4.2. Comparación con otro refrigerante utilizado.

En Estocolmo, Suecia, la agencia de la protección del ambiente anunció no utilizar el

refrigerante HCFC22 (refrigerante R-22) en equipos nuevos a partir del año 2010 en

países desarrollados. Por otra parte, se han desarrollado varios refrigerantes alternativos

para sustituirlo, y el que más se aproxima desde el punto de vista energético al R-22 es

el R-134a (hidrofluorocarbono). Además, con el refrigerante R-134a el ciclo de

refrigeración tiene la misma eficiencia que con el refrigerante R-22. Además, el R-134a, al

no ser tóxico ni inflamable, cumple con las normas de seguridad más severas, como las

que establece la ASHRAE y los Underwriters Laboratories (UL) en Estados

U

nidos.

Las principales ventajas con respecto a otros refrigerantes son:

41


El R- 134a es el mejor fluido que no afecta la capa de ozono para reemplazar el R-

12 y R-

22.

42


El R-134a tiene una temperatura crítica elevada, lo que permite que los sistemas

enfriados por aire conserven altos niveles de rendimiento a altas temperaturas de

condensación.

El R-134a se usa ampliamente en numerosas aplicaciones asegurando así

su disponibilidad comercial en todo el mundo.

No es tóxico.

No es inflamable.

No es corrosivo.

Compatible con los materiales de construcción de los equipos.

5.5. Humidificación

La humidificación consiste en la adición de agua al aire. Este elemento (humedad) es

importante de considerar en el estudio del diseño de la cámara de conservación ya que

para productos alimenticios como las carnes, pescados, frutas y verduras. Es

necesario tener una hum edad relativa entre rangos de 95% y 98%. Por esto son

necesarios equipos capaces de mantener esta humedad, debido a que el proceso de

refrigeración puede provocar problemas de deshidratación.

Entre los equipos controladores de la humedad se pueden

encontrar:

Humidostatos son elementos de control directo de la humedad. Controlan la

puesta en marcha o paro automático de un humidificador cuando el nivel de

humedad en aire baja o sube de los niveles preestablecidos, disparando el

encendido o apagado automático del humidificador.

43


Higrómetros son instrumentos de medida que indican los grados de humedad del

aire o algún gas determinado mediante unos sensores que determinan la variación

existente y la unidad de medida habitual que utilizan es el %. Existen higrómetros

de condensación, higrómetros de resistencia eléctrica o higrómetros químicos.

higrostatos electrónicos son elementos de medición que controlan la humedad

relativa en el interior de un habitáculo, y actúan activando una resistencia según la

medición previa que se haya ajustado, evitando la formación de indeseables

condensaciones y la posible corrosión de algunos componentes. Los Led que lo

integran se encienden cuando la resistencia se pone en marcha.

5.6. Poliuretano.

El poliuretano es un agente químico, ampliamente utilizado en diversos procesos, es muy

usado en fabricación de pinturas sintéticas, destacándose, la de los automóviles. Las

cuales logran una alta adherencias al metal y grandes resistencias a la inclemencia del

tiempo. Ya sea en verano o en invierno. Asimismo, el poliuretano, en la actualidad,

también es utilizado en la fabricación de espumas. Incluso en la fabricación de paneles

aislantes, para cámaras frigoríficas. Logrando un muy buen aislamiento del frió. Proceso

que requiere de la inyección agentes inchantes, en el poliuretano. Lo que provoca que el

material, se infle literalmente. Pero la gracia en su utilización como aislante, es que a

diferencia de las esponjas normales, las cuales presentan poros abiertos, el poliuretano

logra un acabo sin poros. Sin aquella cualidad, sería inútil su utilización en el campo de la

refrigeración industrial.

44


5.6.1. Características del poliuretano.

Es una espuma rígida compuesta por cerdillas cerradas de forma hexagonal en cuyo

interior retienen el gas 141-B que una sustancia ecológica. Es una sustancia orgánica por

síntesis química. El poliuretano es un resultado de la mezcla del isocionato y poliol,

este último encargado de proveer el agente expansor y espumante. Esta composición

brinda una alta eficacia como aislante térmico, acústico e impermeable. El poliuretano es

un material por demás noble que en muchos países del mundo es de uso tradicional. En

nuestro país es más conocida la utilización en la industria frigorífica.

5.7. Cable Calefactor AKO-5231.

Los suelos de las cámaras frigoríficas se construyen con una capa de aislamiento térmico

para reducir parte del calor que por conducción atraviesa el suelo hacia el interior de la

cámara, enfriando el subsuelo. A pesar del aislamiento térmico del suelo, debe

compensarse la cantidad de calor que lo atraviesa, para evitar que se hiele el

subsuelo.Si este se helara, expandiría hacia arriba con fuerza suficiente para levantar y

agrietar el suelo de la cámara frigorífica, pudiendo incluso, debilitar los cimientos del

propio edificio. Este efecto es conocido como "frost heave".

El Instituto Internacional del Frío, recomienda varios sistemas de protección contra el

"frost heave", uno de ellos, es utilizar elementos calefactores eléctricos colocados debajo

del aislamiento térmico, extendidos en el suelo en forma de parrilla.

5.7.1. Características.

45


Es de tipo paralelo y la potencia la entrega por metro lineal constante. El elemento

calefactor es un hilo de níquel cromo que esta enrollado en espiral alrededor de los dos

conductores aislados del cable, con los que hace contacto alternativamente en puntos

determinados. El cable va formando internamente, un sistema de muchas resistencias en

paralelo alimentadas por dos conductores.

Se recomienda instalar 2 metros de cable por cada metro m2 por superficie

de suelo.

Tabla 8. Especificaciones técnicas Ako-5231.


Capítulo 7 Referencias

7.1. Referencias Bibliográficas.

Rafael Lopez Vasquez, Ana Casp Vanaclocha, Tecnologia de Mataderos, Mundi

Prensa

2004.

Catainfri S.L, Guía Básica del Frigorista, Cap. 15 Varios Cálculos y Diseño 2010.

Dr. Ing. Gonzalo E. Salinas Salas, Apuntes de Transferencia de Calor 2012.

7.2. Páginas web.

Construcción de cámaras frigoríficas

h t t p : / / w w w . qu i m i n e t . c om / artic u l o s / c o n s t r u cc i o n- d e-ca m aras-fr i g o ri f ica s -

2 6 8 17 75 . h t m

Almacenamiento de alimentos

h

t t p : / / w w w .f a o .or g / do cr e p / 0 0 4 / t 0 5 66 s / t 0 5 66 s 12 .

h t m

Manual de Diseño para la construcción con acero, Capitulo 1

h

t t p : / / w w w .a h m sa. c o m/ A cer o / C om p l e m/ M a nu al_ C on strucci o n _ 2 01 3/ Ca p it u l o

_ 1 . pd f

Transpaletas.


h t t p : / / w w w . o cas i o n esp u l i d o .c om / artic u l o / 5 8 5 6 / Tr a n sp a let a - M a nu al - D e-

P esa j e- Sin - Im p re s o ra-Sca l e - 7 0 07 - Ed .h tm

Ako 5231

42


http://www.ako.com/w4fs/mobject/nombre/355231000

Catalogo. h t t p : / / w w w . in t ercal.c l / S h o w _ P a g e.as p ? p a g e _i d = 5 4 8

Anexos

Memoria de cálculo.

Apéndice A: Cálculo sistema rieles para cerdo.

Cálculo del esfuerzo de fluencia.

Cálculo del momento.

43


Cálculo del módulo de resistencia.

Ahora mediante la tabla de vigas estructurales se tiene una viga

I 240.

Apéndice B: Cálculo de Cargas Térmicas

Cálculo del espesor del aislante

Se tiene entonces la fórmula general de la ganancia o pérdida de

calor:

44


Se sabe también que lo máximo que se puede perder de calor a través de las paredes por

unidad de superficie en una cámara de refrigeración es Q/A= 8 W/ . Y donde el

coeficiente global de transferencia de calor es:

45


Reemplazando está ecuación en la fórmula anterior y despejando el espesor del aislante

tenemos que:

[ ( )]

Y la pared constará desde el interior hacía el exterior de una chapa de acero,

Espuma de

Poliuretano (aislante), ladrillo-concreto, y chapa de acero respectivamente.

Datos:

Material Conductividad Térmica

(W/m°C)

Espesor (m)

Tabla 10. Características materiales pared.

Por lo tanto la ecuación queda de la siguiente manera:

[ ( )]

Con:

=24 °C

46


= 0 °C

= = 9,3 W/ (Según Norma ASHRAE)

= 0,85

= 0,15

Q/A= 8 W/

Espesores y conductividades térmicas en tabla anterior.

Resolviendo, el espesor de aislante adecuado para el poliuretano será de:

= 0,0467 m = 46,74 mm

Por lo tanto se ocupará una plancha de Poliuretano de 50 mm.

47


Cálculo Calor Que Atraviesa la Pared

Para el cálculo del calor que entra a la cámara o frío que se pierde de la cámara, se

ocupará la ecuación siguiente:

Donde reemplazando el espesor del aislante calculado, el flujo de calor por superficie

unitaria da un valor de:

Cabe destacar que esta ganancia de calor es utilizable para las paredes y para el techo.

Para el piso se utilizará un sistema de un cable calefactor paralelo para protección de

suelos en cámaras frigoríficas, el cual dará una ganancia de calor de .

Áreas de la cámara:

P ared L a t era l : 13,608 = 27,216 para las 2 paredes.

Pared Fr onta l: (A.Pared – A.Puerta)=11,016 – 2 = 9,016

Pared T r as era : 11,016

T e c ho : 20,5632

Pis o: 20,5632

48


Por lo tanto el flujo de calor total que atraviesa la pared viene dado por:

49


Cálculo de carga térmica del producto

El calor sensible a extraer, para enfriar el producto, desde su temperatura inicial

hasta la de refrigeración y la cual viene dada por:

Por lo tanto se calculará el calor sensible para la carne de cerdo y para la carne de pollo.

Los datos de los calores específicos de las carnes fueron extraídos de las tablas 1 y 2.

Datos:

= 3,31 KJ/Kg °C

= 2,3 KJ/Kg °C

= Ti – Tf

Ti = 7°C

Tf = 0°C

= 1035Kg

= 500 Kg

3 Hrs= 10800 seg.

2 Hrs= 7200 seg.

El Calor sensible del cerdo será:

50


El Calor sensible del Pollo será:

Por lo tanto la ganancia de calor total de los productos será de:

51


Cálculo de carga térmica por infiltración o renovación de aire

El calor por renovación del aire se calculará aplicando la fórmula:

Datos:

= 55,5 (Volumen cámara de refrigeración)

= 4,81 W/ ( Tabulado a partir de la tabla de calores)

= 10/Día (Tabulado a partir de la tabla de renovaciones)

Tabla 12.Renovaciones de aire para cámaras de conservación y congelación

52


Tabla 11.Calor de

aire.

Se calcula y el valor que resulta es de: 2670 W

53


Cálculo de carga térmica por fuentes internas

Cálculo de la carga por personas

El calor total de las personas será:

Datos:

= 2 Personas

= 270 W/Hr (Tabulado por tabl de potencias liberados por personas)

= 5 Hrs

Tabla 13.Potencia Liberada en W por las personas según las temperaturas de la

cámara en °C

Por lo tanto el calor liberado por las personas es:

54


Cálculo del calor generado por el alumbrado

Si se conoce la potencia del alumbrado instalado el valor del calor generado será:

∑

Dónde:

= 12 Lámparas LED

= 50 W

= 80 % = 0,8

55


Tabla 14.Lámparas LEDs Con

sus respectivas potencias y

eficacias.

Por lo tanto para la distribución de 12 lámparas led, con Lum de 4000 cada una, aceptable

para un recinto como la cámara de refrigeración, tenemos que la carga térmica es:

Cálculo de calor generado por los ventiladores de los evaporadores

56


Como la potencia de los ventiladores se desconoce a priori se considerará para este

concepto un

10 % de la suma de las potencias ya calculadas en los apartados anteriores, por lo que

queda de la siguiente manera:

Reemplazando los cálculos ya efectuados, tenemos que la carga por ventiladores de los

evapores es:

57


Obtención de la carga térmica total

Para obtener la carga térmica total se debe sumar todas las cargas obtenidas

anteriormente y aplicarle un factor de seguridad de un 10 % con lo que quedaría de la

siguiente manera:

Anexo C: Ciclo de Refrigeración en la Cámara

Se tiene los datos de la temperatura del medio, que es 24°C y con la cual más la variación

de la temperatura media que varía entre 10 a 15°C se tiene una temperatura de

condensación de condensación de 36°C.

La temperatura de evaporación se obtiene mediante la diferencia de temperaturas entre

la temperatura interior de la cámara de refrigeración y una temperatura promedio

58


dependiente de la humedad relativa del aire dentro de la misma cámara. A

continuación a través del software “Termograf” se obtienen los datos requeridos en

los diferentes procesos del ciclo para poder

encontrar y seleccionar

componentes.

Grafico 3.Ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor

59


Cálculo Flujo Másico del refrigerante

Con: = 242,42 KJ/Kg; = 76,2257 KJ/Kg y Q ya calculado anteriormente como carga

térmica total del sistema, tenemos:

Cálculo de la potencia del compresor

Con: h2=264,131 KJ/Kg; por lo tanto la potencia del compresor será de:

60


Cálculo calor rechazado al medio

Con: h3=78,6171 KJ/Kg; por lo tanto la potencia del compresor será de:

Tabla: Propiedades del R-134a saturado. Tabla de presión

61


Apéndice D: Tablas.

62


Tabla 15. Propiedades del R-134a Saturado, Tabla de presión.


Tabla 16.Propiedades del R-134a saturado, Tabla de temperatura

Tabla 17.Propiedades de aire seco a presión atmosférica.

53


Tabla 18. Entalpía del aire a baja presión.


Apéndice E: Catálogos.

Poliuretano.


Compresor.


Evaporador.


58


Condensador


59


Válvula de expansión.


60


Presostato


61


Válvula Selenoide.


62


Válvula retención.


63

Camara de Refrigeracion Para Carne de Cerdo y Pollo

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