RECALCULO TERMICO DE LA PLANTA DE FRIO DE LA EMPRESA CAMPOSOL S.A

IV. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE FRIO DE CAMPOSOL

4.1. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA Presin de succin [bar]. Presin de descarga [bar]. Temperatura de evaporacin [C]. Temperatura de condensacin [C]. Refrigerante: Amoniaco

4.2. PRODUCTOS A REFRIGERAREntre los principales productos con los que cuenta CAMPOSOL S.A. en su sistema de produccin, tenemos: Esparrago. Palta. Mango. Alcachofa Arndano. Uva de mesa. Mandarina. Granada Langostino Pimiento, entre otros.

Figura 4.1. Productos de Camposol S.A.

4.3. EQUIPOS DE REFRIGERACION

4.3.1. EVAPORADORES Modelo: SCS-263ML. Capacidad Frigorfica Unitaria: 38 Ton de Refrigeracin. Para el descongelamiento de las cmaras se usa gas caliente. Para los clculos consideraremos dos cmaras de almacenamiento, cada una de ellas cuenta con dos evaporadores.

Figura 4.2. Sala de Evaporadores

4.3.2. COMPRESORES De baja presin cuenta con 2 compresores: Compresores Tornillo: FRICK.Modelo: RX30. De alta presin cuenta con 4 compresores:VILTER VMC 448 (2)VILTER VMC 446 (2) Para el caso de sobrecarga.

Figura N 4.3. Sala de compresores

4.3.3. CONDENSADORES EVAPORATIVOS En el esquema de planta (anexos) vemos que Camposol S.A. cuenta con 4 condensadores:Condensadores: IMECO (2).Condensadores: SIRSA (2).

Figura N4.4. Condensadores evaporativos.

4.3.4. BOMBA Bomba HERMETICModelo: CAM 2/2Capacidad unitaria:Motor elctrico: EMBED Equation.3

Figura N 4.5. Bomba hermtica

4.3.5. TUNEL IQF El tnel IQF es por donde pasan los productos que tienen que ser congelados es aqu donde se realiza el proceso de congelamiento, para lo cual tiene las siguientes caractersticas:

El producto cae y tiene un fuerte cambio de temperatura, depende de qu tipo de producto se est procesando para determinar la cantidad de movimiento y velocidad de ventilacin se le debe aplicar. En esta etapa el producto ya tiene una pelcula externa de congelacin y est a punto de pasar a la segunda placa. Esta placa est a muy baja temperatura, aqu se da el congelado final hasta el interior, aumentar el flujo de aire segn se requiera.

Figura N 4.6. Esquema de Tnel IQF

V. ANALISIS TERMICO DE TODOS LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE FRIO.

5.1. CLCULO DE LA CARGA TERMICA

5.1.1. DETERMINACIN DE LA CARGA TRMICAS DE LAS CMARAS DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTO 1 Y 2

Del Esquema de Planta (Anexo), vemos que cada cmara de almacenamiento cuenta con 2 evaporadores, por tanto tenemos 4 evaporadores. La capacidad unitaria del evaporador es 38 Ton de Refrigeracin, entonces:

5.1.2. DETERMINACION DE LA CARGA EN EL TUNEL IQF

De acuerdo al plano proporcionado por Camposol S.A, no tenemos el valor de la carga trmica del tnel IQF (Congelacin rpida individual). Entonces, para poder realizar los clculos vamos a considerar otros datos proporcionados por la empresa Camposol y las siguientes hiptesis:Datos de operacin y funcionamiento del tnel IQF Los productos a enfriar son: palta, mango y esparrago. El flujo msico nominal que puede ingresar al tnel IQF es 1100Kg/hora. Temperatura inicial del producto 22C. Temperatura final del producto -18C. Temperatura interna del tnel -35C. Potencia elctrica instalada Ancho de banda 156mm. Ventiladores 4 x 0.75W. Motor de Ventilador: 10HP Banda transportadora 2 x 3.75KW. Descongelamiento gas caliente. Fluorescentes 4 x 30W.De los 3 productos que se enfran en el Tnel IQF el mango tiene mayor capacidad calorfica, por tanto se tomara este como producto base, para esto obtenemos los siguientes datos:Tabla N 5.1. Propiedades Frigorficas del Mango

5.1.2.1. CARGA TERMICA DEL PRODUCTO (MANGO)

La carga trmica debido al producto constituye el calor que debe ser eliminado del producto refrigerado a fin de que la temperatura del mismo (20C) baje hasta el nivel deseado (-0.9C).

Calculo de la carga trmica sobre el punto de congelacin.

Donde:Cp = Calor especfico sobre el punto de congelacinT = Diferencia de temperatura = Flujo msico del producto a refrigerar (Mango)

Calculo de la carga trmica bajo el punto de congelacin

Calculo de la carga trmica debido al calor latente

Por lo tanto la carga toral del producto a refrigerar es igual a:

5.1.2.2. CALCULO DE LA CARGA DEBIDO AL FLUJO DE CALOR A TRAVES DE LAS PAREDES

En el Diagrama de Flujo proporcionado por la empresa Camposol S.A., se cuenta con los siguientes datos:

Tabla N 5.2. Geometra del Tnel IQF

Figura N 5.1. Dimensiones de Tnel IQF

A este tipo de carga se llama carga de fuga, y es una medida del calor que fluye por conduccin a travs de las paredes del tnel IQF del exterior hacia el interior. Calculo de la superficie expuesta:

En este diseo de tnel de refrigeracin IQF, se usa como aislante al POLIURETANO, debido a que es una aislante eficiente y duradero. Su baja conductividad trmica conferida por su estructura celular cerrada ha contribuido que sea una de los principales aislantes trmicos en sistemas de refrigeracin.

Figura N 5.1. Espuma de Poliuretano

A continuacin se muestra una tabla del manual ASHRAE 1967, con las propiedades termo fsicas del aislante de POLIURETANO.

Tabla N 5.3. Valor de la conductividad trmica y del coeficiente global del poliuretano.El valor de la conductividad trmica nos queda:

Asumiendo que la pared externa se encuentra a 14C.Asumiendo un coeficiente de conveccin externa e interna igual a:

Adems se asume que el espesor del aislante ser de 2.04 pulg. Ahora procedemos a calcular el coeficiente global de transferencia de calor:

Una vez calculado el coeficiente de transferencia de calor global, teniendo el rea expuesta y la diferencia de temperaturas, podemos calcular la carga trmica debido al flujo de calor a travs de las paredes:

5.1.2.3. CALCULO DE LA CARGA TERMICA POR ILUMINACIN

Dentro del tnel IQF, se encuentran instalados cuatro fluorescentes de 30W de potencia, que se utilizan como herramientas de inspeccinEl tnel IQF en promedio funciona de 17 a 18 horas por da.La carga trmica por iluminacin se determina mediante la ecuacin:

5.1.2.4. CALCULO DE LA CARGA DE LOS MOTORES DE LOS VENTILADORES

El tnel IQF cuenta con 4 ventiladores cada uno con un motor con una potencia de 7.5 KW.Para determinar la contribucin de la carga debido a los motores se hace uso del manual de ASHRAE-Tabla N 7.

Segn los datos brindados por la empresa Camposol S.A. los motores de los ventiladores son de 10HP, por tanto segn tabla anterior y asumiendo que el motor se encuentra dentro y el ventilador fuera, la contribucin seria de 400 BTU/HP.hora por cada motor.

De las dos cargas anteriores podemos determinar la cantidad de carga trmica total por iluminacin y motores elctricos:

5.1.2.5. DETERMINACION DE LA CARGA TOTAL EN EL TUNEL IQF

A continuacin se presenta en el siguiente cuadro resumen:Tabla N 5.3. Resumen de Carga trmica por hora en el Tnel IQF

5.2. CLCULO DEL FLUJO MASICO EN LAS CAMARAS DE REFRIGERACION Y TUNEL IQF

5.2.1. CLCULO DEL FLUJO MSICO DE LOS EVAPORADORES (CMARAS 1 Y 2 DE REFRIGERACIN)

La temperatura de evaporacin de las cmaras es -31C, segn la grfica del amoniaco se determina las entalpias e la entrada y salida de la cmara: hentrada = 58.82C KJ/Kg hsalida = 1422.1 KJ/Kg

Como anteriormente se calcul la carga trmica de las dos cmaras, se tiene la siguiente relacin:

5.2.2. CLCULO DEL FLUJO MSICO DE REFRIGERANTE EN EL TNEL IQF

Como ya se determin la carga trmica en el tnel IQF, se puede determinar el flujo msico. La temperatura de evaporacin en el tnel IQF es -38C. hentrada = 41.86 KJ/Kg hsalida = 1411.6 KJ/Kg

5.2.3. CLCULO DEL FLUJO DE REFRIGERANTE NETO PARA LA ZONA DE BAJA Y ALTA PRESIN

Para este clculo, se asume que el flujo neto total de amoniaco es de 1500Kg/hora. Este dato no est lejos de la realidad ya que las dimensiones del tanque receptor FRICK de amoniaco lquido es lo suficientemente grande como para recibir grandes cantidades de amoniaco.

Este ltimo flujo de masa viene de las once cmaras de fresco, de las cuales no se conoce los datos de operacin. Por ende no se realizara clculos en dichas cmaras.

5.3. CALCULO DE LA POTENCIA DE COMPRESION Y SELECCIN DE COMPRESORES

5.3.1. DATOS DE LA EMPRESA CAMPOSOL S.A.

Presin de descarga de compresores de baja presin

Presin de descarga de compresores de alta presin

5.3.2. DETERMINACIN DE LOS PARMETROS EN CADA PUNTO

Del clculo anterior el flujo msico del refrigerante de baja presin se determin:

Adems sabemos que:

Estado en el punto 1:Calculamos los parmetros termodinmicos en el punto 1 para luego con ellos calcular los parmetros en los siguientes puntos.

Estado en el punto 2:Ahora consideramos un proceso de compresin isoentropico, donde conocemos la presin de salida como dato.

Estado en el punto 3El enfriamiento de 2-3 es a presin constante (P=300kPa). Se enfra del el punto 2 hasta lograr obtener vapor saturado en el punto 3.

Estado en el punto 4Considerando un proceso de compresin isoentrpica, donde nuevamente conocemos la presin de descarga del compresor.

Ahora determinaremos las potencias en los compresores tanto de baja como de alta presin.5.3.3. POTENCIA DEL COMPRESOR DE BAJA PRESIN Sabemos que:

Reemplazando datos tenemos:

Jhonson Controls (Compaa Americana) recomienda instalar un factor de seguridad de 15%. En este caso consideraremos un factor de seguridad de 20% que ser una potencia adicional

Segn catalogo RXF- COMPRESORES tenemos que contar con dos compresores Frick-XF30 para satisfacer con los requerimientos esto coincide con los equipos con las que cuenta la empresa en la realidad.

(De Catlogo)

Adems contamos con una mayor potencia que la requerida que podr servirnos en caso existan sobrecargas.Las caractersticas de estos compresores para sistemas de refrigeracin se encuentran en los anexos.

5.3.4. DETERMINACIN DE LA POTENCIA DEL COMPRESOR DE ALTA PRESIN

Sabemos que:

Reemplazando los datos calculados anteriormente tenemos lo siguiente:

Siguiendo la recomendacin de los catlogos asumiremos un factor de seguridad de 20% para asegurar que tengamos la potencia necesaria para cuando exista sobrecarga entonces tenemos:

Del catlogo de compresores VILTER VMC, seleccionamos un compresor VILTER448 de 120 Hp con lo cual determinaremos el nmero de compresores que son necesarios para abastecer con dicha potencia requerida.

Por lo tanto, sern 2 Compresores de Alta Presin VILTER448 de potencia 120 Hp segn el catlogo VMC, lo cual coincide con lo seleccionado con la empresa.Hay que tener en cuenta tambin que Camposol S.A. cuenta slo con 2 compresores ms (VILTER446) adems de los compresores VILTER448, para cualquier aumento de carga y se pueda disponer con la potencia necesaria.

5.4. CLCULO Y SELECCIN DE CONDENSADORES

5.4.1. CALOR RECHAZADO POR EL CONDENSADOR

Las instalaciones de la planta de frio de la empresa Camposol SA cuentan con 4 condensadores evaporativos que se encuentran conectados en paralelo.

De catlogo IMECO tenemos:

Temperatura de condensacin Tcond = 33 C Temperatura de bulbo hmedo Tbh = 24 C Motor ventilador 20Hp Motor de bomba 3Hp Flujo de aire Tasa de agua evaporativa.Hiptesis: Asumiremos 5 C de Sub-enfriamiento, esto es, a la salida del Enfriador Frick el amoniaco sale a 28C El proceso de condensacin es a presin constante. Segn el diagrama P-h para el refrigerante amoniaco tenemos que Se sabe adems que

Reemplazando los datos tenemos:

5.4.2. SELECCIN DEL CONDENSADOR Y CANTIDAD

Segn las hiptesis, la temperatura de bulbo hmedo es 24C. Obtenemos el factor de correccin del calor rechazado, segn las tablas de Catlogo IMECO.

Tabla N 5.4. Factor de correccin para capacidad de disipacin

De la Tabla 5.4 (Obtenida del Catlogo IMECO) determinamos el factor de correccin, para el clculo de la capacidad de disipacin de los condensadores evaporativos.

Por tanto tenemos que:

Entonces de los catlogos elegimos un condensador evaporativo con las siguientes evaporativos:

Decidimos el Condensador Evaporativo EWK-E 225/4 cuya capacidad de disipacin estndar es 292KW. Por lo tanto cuando este trabaje en condiciones de diseo nos dar una capacidad de:

Una vez que tenemos estos datos, procedemos a calcular el nmero de condensadores evaporativos que necesitamos en el sistema:

Por lo tanto sern 4 Condensadores Evaporativos IMECO que se utilizarn en la instalacin del sistema, lo cual coincide con la cantidad de condensadores evaporativos del sistema real.

5.4.3. CALCULO DEL COEFICIENTE DE PERFORMANCE (COP)

Debemos tener en cuenta que para nuestro clculo solo hemos considerando las cargas de las Cmaras de Almacenamiento y el Tnel IQF, sin embrago tendramos que sumar las cargas las dems cmaras que no hemos usado en el anlisis, para ello vamos a aproximarlas como una carga adicional igual a 180 Toneladas de Refrigeracin:

Entonces reemplazando los datos obtenidos anteriormente tenemos:

Convirtiendo a las mismas unidades y operando obtenemos:

5.5. CONDICIONES TERMODINAMICAS DEL TANQUE SEPARADOR Y SELECCIN DE VLVULA DE EXPANSIN TERMOSTTICA

5.5.1. PARMETROS DEL TANQUE SEPARADOREn el paso por el tanque enfriador intermedio FRICK el amoniaco sale a 28CA travs de la vlvula de expansin se baja la presin hasta una temperatura de -35C, con la ayuda de los diagramas de P-h para el amoniaco determinamos los parmetros en el tanque separador.

5.5.2. SELECCIN DE LA VALVULA TERMOSTATICA TIPO TEA-DANFOSS

Presin en el condensador: Presin en el evaporador: Carga trmica en el evaporador: Perdida de presin en tuberas: 0.5 BarLa cada de Presin ser:

Del catlogo de Vlvulas de Expansin Termostticas para amoniaco tipo TEA-Danfoss, para una cada de presin de P 12Bar, una temperatura de evaporacin de -35C que la aproximaremos a -30C y una capacidad de 218KWW.

Adems conociendo por indicacin de los fabricantes, que la capacidad mxima de la vlvula siempre es el 20% ms de lo que aparece en las tablas.La vlvula que se seleccionar es la de capacidad 221KW: TEA 85-85Cuyo Diseo, Funcionamiento, Dimensiones y Pesos se muestran en los anexos.

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el recalculo y la comprobacin de la eleccin de los componentes del sistema de frio de la empresa Camposol S.A. se obtuvieron los siguientes resultados.

La Carga trmica total en las cmaras de almacenamiento de producto es:

La Carga Trmica total en el Tunel IQF para una demanda de 1000 kg/h de mango es:

Para la cumplir con la carga total exigida por el sistema y adems las condiciones termodinmicas del fluido refrigerante es necesario un flujo msico de:

Este ltimo flujo de masa viene de las once cmaras de fresco, de las cuales se desconoce los parmetros de operacin y no se han realizado los clculos. Pero fue importante para una parte de los clculos asumir su capacidad de refrigeracin y otros datos necesarios.

Los resultados en las potencias de los compresores de alta y de baja son las siguientes:

La capacidad de eliminacin de carga en el condensador evaporativo es:

El coeficiente de performance (COP) es:

Por ltimo se hizo la eleccin de una vlvula de expansin termosttica tipo TEA-Danfoss para un P=12.075Bar. Siendo la elegida: TEA 85-85Cuyos datos de funcionamiento, diseo, dimensiones y peso se encuentran en los anexos.Se debi tener conocimiento sobre los parmetros del rea #2 (Once cmaras de fresco) para poder llegar a resultados ms exactos y comparar con los obtenidos sin tenerla en cuenta, adems de comprobar tambin las selecciones de los componentes que conforman el sistema de frio de la empresa Camposol S.A.Este es un primer paso bsico para realizar anlisis de un sistema de frio, en este caso se us los parmetros y condiciones de operacin de la empresa Camposol S.A. pero se debe tener en cuenta que con la misma facilidad que se realiz este se pueden hacer para las dems. Tambin debemos saber que al hacer este anlisis se pueden abrir otras puertas de estudio, ya sea desde el tema financiero hasta la optimizacin del funcionamiento de la planta.

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y LINKOGRAFIA

DOSSAT, R. Principios de Refrigeracin. 2ed. CENGEL, Transferencia de Calor y Masa. 3ed. FRANCISCO UGARTE P. Termodinmica II. W. F. STOECKER. Refrigeracin y Acondicionamiento de Aire. 1ed. FRICK BY JHONSONS CONTROLS. Catlogo de Compresores frick. Ao 2008.

http://www.johnsoncontrols.com/content/dam/WWW/jci/be/industrial_refrigeration/downloads/e70_-_400_sed.pdf http://www.ewk.eu/descargas/Catalogo_EWK-E_es.pdf http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/394/1/15T00445.pdf http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/2043/1/4067.pdf http://159.90.80.55/tesis/000144423.pdf http://www.esi2.us.es/~jfc/Descargas/IFC/Coleccion_tablas_graficas_IFC.pdf http://personales.unican.es/renedoc/Trasparencias%20WEB/Trasp%20Tec%20Frig/005%20Refrig%20y%20Salm.pdf

PD: CAMBIAR ESTA WA

VIII. ANEXOS

8.1. DIAGRAMA P-h DEL AMONIACO INDICANDO (SISTEMA DE FRIO CAMPOSOL S.A.)

8.2. COMPRESOR DE TORNILLO FRICK RXF 30: INFORMACIN, DATOS TCNICOS, SELECCIN (JHONSON CONTROLS)

Beneficios:

Especificaciones:

8.3. VLVULA DE EXPANSIN TERMOSTTICA TEA DANFOSS: SELECCIN, DISEO, FUNCIONAMIENTO, DIMENSIONES Y PESOS

8.4. PROPIEDADES DE LIQUIDO Y VAPOR SATURADO, LIQUIDO SUBENFRIADO Y VAPOR SOBRECALENTADO DEL AMONIACO R717 (TABLAS)

8.5. IMGENES DE LA PLANTA DE FRIO CAMPOSOL S.A

Fig N 8.1. Tanque recibidor FRICK de amoniaco lquido.

Fig N 8.2. Ambiente de Compresores Frick y Vilter de Baja y Alta presin

Fig N 8.3. Tanque separador y enfriador intermedio de baja presin.

Fig N 8.4. Entrada al tnel IQF.

FigN 8.5. Cmara de producto fresco.

Fig N 8.6. Sistema de frio de CAMPOSOL S.A.

8.6. PLANO PLANTA DEL SISTEMA DE FRIO CAMPOSOL S.A.6