Manual Ing Tec Naval Frio

PROYECTO FIN DE CARRERA ÍNDICE:

EUITN FEB-10 1

ÍNDICE:

ÍNDICE: .................................................................................................................................... 1

1. OBJETIVOS DEL PROYECTO ........................................................................................ 7

2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE ............................................................................................ 8

2.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 8

2.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES .......................................................................... 8

2.3. RUTA .............................................................................................................................. 9

2.4. EXTENSIÓN ZONAS DE RESPONSABILIDAD ...................................................... 10

3. DIMENSIONAMIENTO Y DESCRIPCION DE LAS CAMARAS ............................. 11 3.1. DIMENSIONAMIENTO DE LAS CÁMARAS ........................................................... 11

3.2. DESCRIPCIÓN DE LAS CÁMARAS ......................................................................... 12

4. CALCULO DE LOS AISLAMIENTOS .......................................................................... 14

4.1. INTRODUCCION ......................................................................................................... 14

4.2. CÁLCULO DEL ESPESOR DE LOS PANELES AISLANTES PARA CADA CÁMARA ............................................................................................................................. 14

4.3. CÁLCULO DE PANELES AISLANTES ..................................................................... 15

4.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR ........ 22

5. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS DE LA INSTALACIÓN (BALANCE TÉRMICO) ....................................................................................................... 27

5.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 27

5.2. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN (Q1) ............................................ 28

5.3. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR REFRIGERACIÓN O CONGELACIÓN (Q2) ...... 33 5.4. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDO A LAS NECESIDADES DE CONSERVACIÓN (Q3) ...................................................................................................... 36

5.5 CÁLCULOS DE LACARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR RENOVACIÓN DE AIRE (Q4) ........................................................................................... 37

5.7. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR VENTILADORES (Q5) ........................................................................................................ 42

5.8. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR CIRCULACIÓN DE OPERARIOS EN LAS CÁMARAS (Q6) ......................................... 43

5.9. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LA ILUMINACIÓN EN LAS CÁMARAS (Q7) .................................................................................................................. 44

5.10. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR PÉRDIDAS DIVERSAS (Q8) .............................................................................................. 44

5.11. CÁLCULO DE LA POTENCIA FRIGORÍFICA TOTAL DE LA PLANTA ........... 47

6. SELECCIÓN DE LOS PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN ...... 50

6.1. EVAPORADORES ....................................................................................................... 50

6.2. COMPRESOR ............................................................................................................... 53

6.3. CONDENSADOR ......................................................................................................... 54

6.4. VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA ...................................................... 56


EUITN FEB-10 2

7. SELECCIÓN DE ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL ............................ 62 7.1. SEPARADOR DE ACEITE .......................................................................................... 62

7.2. FILTRO DESHIDRATADOR ...................................................................................... 62

7.3. VISORES DE LÍQUIDO .............................................................................................. 63

7.4. MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN ........................................................ 63

7.5. PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE ............................................................. 63

7.6. PRESOSTATOS DE ALTA Y BAJA ........................................................................... 64

7.7. VÁLVULAS DE RETENCIÓN .................................................................................... 64

7.8. VÁLVULAS DE SEGURIDAD ................................................................................... 64

7.9. VÁLVULA SOLENOIDE ............................................................................................ 65

7.10. TERMÓMETROS ....................................................................................................... 65

7.11. VÁLVULAS DE MANUALES DE CIERRE ............................................................ 65

7.12. TERMOSTATOS DE AMBIENTE ............................................................................ 65

7.13. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL DE AGUA DE CONDENSACIÓN66 7.14. VÁLVULAS REGULADORAS DE LA PRESIÓN DE EVAPORACIÓN .............. 66

7.15. VÁLVULA REGULADORA DE LA PRESIÓN DE ASPIRACIÓN ........................ 66

7.16. RECIPIENTE DE LÍQUIDO ...................................................................................... 66

8. DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS DE LA INSTALACIÓN Y DE LA BOMBA DE AGUA ................................................................................................................ 68

8.1. CÁLCULO DE LA BOMBA DE AGUA DE CONDENSACIÓN .............................. 68

8.1.1. Introducción ............................................................................................................ 68

8.1.2. Cálculo de la línea de agua de condensación ......................................................... 69

8.1.3. Selección de la bomba ............................................................................................ 71

8.2. CARACTERÍSTICAS, CÁLCULO Y DETERMINACIÓN DE LAS TUBERÍAS .... 71

8.2.1. Características de las tuberías ................................................................................. 71

8.2.3. Cálculo y determinación del diámetro de las diferentes tuberías ........................... 73

8.2.3.1. Línea de líquido ............................................................................................... 73

8.2.3.2. Línea de aspiración ......................................................................................... 74

8.2.3.3. Línea de descarga ............................................................................................ 75

9. PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN ....................................................................... 76

9.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 76

9.2. AISLAMIENTOS Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LAS CÁMARAS ....... 76

9.3. ELEMENTOS DEL EQUIPO PRINCIPAL ................................................................. 77

9.4. ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL ........................................................ 78

9.5. VARIOS ........................................................................................................................ 79

9.6. MANO DE OBRA ........................................................................................................ 80

9.7. INGENIERÍA ................................................................................................................ 80

9.8. PRESUPUESTO TOTAL.............................................................................................. 80

CONCLUSIONES .................................................................................................................. 81

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 82


EUITN FEB-10 3

ANEXO A ................................................................................................................................ 83

CAPÍTULO 1: ......................................................................................................................... 84

EL FRÍO .................................................................................................................................. 84

1.1. REFRIGERACIÓN ...................................................................................................... 84

1.2. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO .................................................................. 84

CAPÍTULO 2: ......................................................................................................................... 88

TEORÍA DE LA REFRIGERACIÓN .................................................................................. 88

2.1. SISTEMA DE UNIDADES. MAGNITUDES FÍSICAS .............................................. 88

2.1.1. Sistema Internacional ............................................................................................. 88

2.2. SISTEMA DE COMPRESIÓN ..................................................................................... 95

2.3. SISTEMAS DE ABSORCIÓN: .................................................................................... 96

2.4. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL CIRCUITO DE COMPRESIÓN ..................... 97

2.4.1 Funcionamiento automático de la planta. ................................................................ 99

2.5. DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS ....................................................................... 100

2.5.1 Diagrama entrópico (T-S) ...................................................................................... 100

2.5.2 Diagrama Entálpico (P-H) ..................................................................................... 105

2.6. EL CICLO FRIGORÍFICO REAL. MODIFICACIONES EN EL CICLO ................ 107

2.6.1. Funcionamiento en régimen húmedo ................................................................... 107

2.6.2. Funcionamiento en régimen recalentado .............................................................. 107

2.6.3. Funcionamiento en régimen con subenfriamiento................................................ 107

CAPÍTULO 3: ....................................................................................................................... 108

ALMACENAJE DE PRODUCTOS: REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN ........... 108

3.1. REFRIGERACIÓN DE LOS ALIMENTOS .............................................................. 108

3.2. CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO ............................................................ 108

3.3. DEFINICIÓN DE ALIMENTOS ULTRACONGELADOS, CONGELADOS, Y HELADOS ......................................................................................................................... 109

3.4. LA CONGELACIÓN .................................................................................................. 110

3.5. EFECTOS DE LA CONGELACIÓN EN LAS PROPIEDADES NUTRICIONALES DE LOS ALIMENTOS ...................................................................................................... 111

3.6. VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO DE LOS PRODUCTOS ................................. 112

3.7. TIEMPO DE CONGELACIÓN .................................................................................. 112

CAPÍTULO 4: ....................................................................................................................... 114

REFRIGERANTES .............................................................................................................. 114

4.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 114

4.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS REFRIGERANTES ................................................. 115

4.2.1. Características físicas ........................................................................................... 115

4.2.1.1. Presión de vapor ............................................................................................ 115

4.2.1.2. Relación de compresión................................................................................. 116

4.2.1.3. Calor latente de vaporización ........................................................................ 116

4.2.1.4. Calor específico del refrigerante ................................................................... 116

4.2.2. Características termodinámicas ............................................................................ 116

4.2.3. Características químicas ....................................................................................... 116

4.2.4. Características de seguridad ................................................................................. 117

4.3. CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES ....................................................... 117

4.4. ECONOMÍA ................................................................................................................ 122


EUITN FEB-10 4

4.5. RELACIONES REFRIGERANTE-ACEITE .............................................................. 123

CAPÍTULO 5: ....................................................................................................................... 125

ELEMENTOS PRINCIPALES ........................................................................................... 125

5.1. EL COMPRESOR ....................................................................................................... 125

5.1.1. Introducción .......................................................................................................... 125

5.1.2. Tipos de compresores ........................................................................................... 126

5.1.3. Descripción y principio de funcionamiento.......................................................... 128

5.1.3.1. Compresores alternativos ordinarios ............................................................. 128

5.1.3.2. Compresores alternativos especiales ............................................................. 131

5.1.3.3. Compresores electromagnéticos .................................................................... 132

5.1.3.4. Compresores rotativos ................................................................................... 132

5.1.3.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento positivo ............................... 135

5.1.4. Regulación de potencia en compresores alternativos .......................................... 139

5.1.5. Selección del compresor ....................................................................................... 139

5.2. EL EVAPORADOR ................................................................................................... 140

5.2.1. Definición y función ............................................................................................. 140

5.2.2. Características que debe reunir un evaporador ..................................................... 141

5.2.3. Clasificación de los evaporadores ........................................................................ 142

5.2.3.4. Evaporadores enfriadores de líquido ............................................................. 143

5.2.3.5. Evaporadores enfriadores de gas ................................................................... 145

5.3. CONDENSADORES .................................................................................................. 148

5.3.1. Definición ............................................................................................................. 148

5.3.1.2. Clasificación de los condensadores ............................................................... 148

5.4. LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN ............................................................................. 151

5.4.1. Introducción .......................................................................................................... 151

5.4.2. Válvulas en la instalación frigorífica. Tipos y funciones ..................................... 152

5.4.2.1. Válvulas de expansión manuales ................................................................... 152

5.4.2.2. Válvulas de expansión automáticas ............................................................... 153

5.4.2.3. Válvula de expansión termostática ................................................................ 155

5.4.2.4. Tubo capilar ................................................................................................... 158

CAPÍTULO 6: ....................................................................................................................... 160

AISLAMIENTOS ................................................................................................................. 160

6.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 160

6.2. FENÓMENO DEL CAMBIO DE CALOR ................................................................ 160

6.3. MATERIALES AISLANTES. .................................................................................... 162

6.4. ESPESOR DEL AISLAMIENTO ............................................................................... 165

6.5. BARRERA O PANTALLA ANTIVAPOR ................................................................ 166

6.6. POLIURETANO ......................................................................................................... 167

6.6.1. Origen y obtención ............................................................................................... 167

6.6.2. La espuma rígida de poliuretano .......................................................................... 168

6.6.3. Propiedades ........................................................................................................... 168

6.6.3.1. Introducción ................................................................................................... 168

6.6.3.2. Estructura celular ........................................................................................... 168

6.6.3.3. Densidad ........................................................................................................ 169

6.6.3.4. Conductividad térmica ................................................................................... 169

6.6.3.5. Absorción de agua ......................................................................................... 169


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6.6.3.6. Resistencia a la transmisión de vapor de agua .............................................. 170

6.6.3.7. Comportamiento al fuego .............................................................................. 171

6.6.3.8. Estabilidad/Resistencia .................................................................................. 171

6.6.3.9. Comportamiento térmico ............................................................................... 171

6.6.4. Paneles tipo “Sándwich” de poliuretano inyectado .............................................. 172

6.6.4.1. La gran capacidad aislante del panel de poliuretano ..................................... 173

CAPÍTULO 7: ....................................................................................................................... 175

ESCARCHE, DESESCARCHE Y TUBERIAS ................................................................. 175

7.1. ESCARCHA ................................................................................................................ 175

7.1.1. Formación de escarcha ......................................................................................... 175

7.1.2. Consecuencia de la escarcha................................................................................. 175

7.2. Desescarche ................................................................................................................. 176

7.2.1. Procedimiento de desescarche .............................................................................. 176

7.2.2. Desescarche eléctrico ........................................................................................... 177

7.3. Tuberías ....................................................................................................................... 178

7.3.1. Tuberías de refrigerante ........................................................................................ 178

7.3.2 Características de las tuberías de refrigeración: .................................................... 179

CAPÍTULO 8: ....................................................................................................................... 180

ELEMENTOS ADICIONALES DE LAS CÁMARAS ..................................................... 180

8.1. PUERTAS ................................................................................................................... 180

8.2. ROPA PARA EL TRABAJAR DENTRO DE LA CÁMARA ................................... 181

8.3. VÁLVULAS DEPRESORAS DE PRESIÓN ............................................................. 182

8.4. ELEMENTOS DE SEGURIDAD: ALARMAS Y HACHA ...................................... 183

CAPÍTULO 9: ....................................................................................................................... 184

ELEMENTOS ACCESORIOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE LA INSTALACIÓN ................................................................................................................................................ 184

9.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 184

9.2. SEPARADOR DE ACEITE ........................................................................................ 184

9.3. RECIPIENTE DE LÍQUIDO ...................................................................................... 185

9.4. PURGADORES DE GASES INCONDENSABLES .................................................. 185

9.5. FILTRO DESHIDRATADOR .................................................................................... 185

9.6. VISORES DE LÍQUIDO ............................................................................................ 186

9.7. FILTRO DE PARTÍCULAS ....................................................................................... 187

9.8. REGULADOR DE PRESIÓN DE EVAPORACIÓN ................................................ 187

9.9. REGULADOR DE PRESIÓN DE ASPIRACIÓN ..................................................... 187

9.10. PRESOSTATO COMBINADO DE ALTA Y BAJA PRESIÓN .............................. 187

9.11. PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE ......................................................... 188

9.12. VÁLVULA SOLENOIDE ........................................................................................ 188

9.13. VÁLVULA DE RETENCIÓN .................................................................................. 189

9.14. VÁLVULAS DE SEGURIDAD ............................................................................... 190

9.15. MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA ...................................................................... 191

9.16. VÁLVULAS MANUALES DE CIERRE ................................................................. 192

9.17. TERMÓMETROS ..................................................................................................... 193

9.18. TERMOSTATO DE AMBIENTE ............................................................................ 193

9.19. VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL DE AGUA DE CONDENSACIÓN . 194 9.20. BOMBA DE AGUA DE CIRCULACIÓN .............................................................. 194

PROYECTO FIN DE CARRERA

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CAPÍTULO 10: ..................................................................................................................... 195

CONSTRUCCIÓN DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS .................................................... 195

10.1. NOCIONES GENERALES ....................................................................................... 195

10.2. CÁMARAS ............................................................................................................... 196

CAPÍTULO 11: ..................................................................................................................... 197

MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA...................................... 197

11.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 197

11.2. Mantenimiento Preventivo ........................................................................................ 197

ANEXO B .............................................................................................................................. 200

ANEXO C .............................................................................................................................. 208

PLANOS ................................................................................................................................ 244

PROYECTO FIN DE CARRERA 1. OBJETIVOS DEL PROYECTO

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1. OBJETIVOS DEL PROYECTO

En los distintos tipos de buques que pasan largas temporadas en alta mar, es lógico

pensar que el abastecimiento de alimentos es limitado. Por lo tanto, para que éstos se

mantengan frescos durante los periodos de navegación, será necesario disponer a bordo de

una gambuza o cámara frigorífica para la óptima conservación de los mismos.

En este proyecto procederemos a ejecutar el diseño, cálculo y desarrollo de una

cámara frigorífica de un BUQUE OCEANOGRÁFICO de 58 metros de eslora.

Los puntos fundamentales en los que se basa el desarrollo del proyecto son los

siguientes:

- Definición del buque en el que basamos el estudio.

- Introducción teórica al frío.

- Descripción de los elementos que componen una cámara frigorífica.

- Diseño de la cámara, así como definición y verificación de los equipos que la

forman.

- Aplicación de la reglamentación a cumplir sobre la conservación de alimentos.

Ilustración 1.1.

PROYECTO FIN DE CARRERA 2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE

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2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE

2.1. INTRODUCCIÓN

El buque elegido para la realización de este proyecto es un buque oceanográfico de

1090 Tns de desplazamiento.

Fue construido para ejecutar misiones hidrográficas y oceanográficas para la obtención

de la cartografía náutica nacional, conocimiento de nuestro mar territorial, así como su fondo

y subsuelo marino. Está dotado de un sistema de posicionamiento que asegura un error menor

de un metro.

El Posicionamiento Global Diferencial (DGPS). La profundidad es medida mediante

sondadores de distinta gama de alcances (EA600, DESO25, Sonar de Barrido Lateral).

2.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

En cámara de máquinas hay instalados dos motores propulsores diesel de 2080 BHP,

acoplados a dos hélices de paso variable. Esto permite alcanzar una velocidad máxima de

crucero de 12 nudos con autonomía de 4500 millas.

Otras características de interés:

- Eslora: 57.7 mts

- Manga: 11.7 mts

- Calado: 3.6 mts

- Velocidad máxima: 20 nudos

- Dotación: 62 personas

- Dos botes hidrográficos


EUITN FEB-10 9

2.3. RUTA

La adquisición de datos en Hidrografía tiene peculiaridades que marcan diferencias

esenciales entre la cartografía náutica y la terrestre.

Para obtener la más exacta representación de la TOPOGRAFÍA

SUBMARINA, los hidrógrafos llevan a cabo de modo sistemático enormes cantidades de

medidas de las coordenadas espaciales de puntos situados en la superficie del mar.

El medio en que se desenvuelve el oceanográfico impone severas limitaciones

a su trabajo. La mar está en continuo movimiento, y en su superficie no existen puntos de

referencia. Por otra parte, el agua no es penetrable por ondas electromagnéticas, lo que impide

utilizar los sensores de que se dispone para obtener la topografía de la superficie terrestre: el

ojo y la fotografía.

Esta es, quizás, la mayor dificultad con que tropieza la Hidrografía. El

hidrógrafo renuncia a seleccionar, puntos notables en su conjunto, como es habitual en los

levantamientos topográficos. Por el contrario, ha de hacerse una idea del conjunto, a través de

medidas individuales: en suma, ha de hacer un muestreo, complementándolo por

exploraciones en torno a puntos notables obtenidos en aquél o procedentes de informaciones

de los navegantes.

Como antes se dijo, en la mar no existen puntos de referencia; en consecuencia,

hay que obtener la posición geográfica a partir de puntos terrestres, que, obviamente, deben

estar situados lo más próximos a la costa como sea posible.

A continuación y teniendo en cuenta todo lo dicho anteriormente, vemos las zonas más

frecuentes de navegación del buque que estudiamos.


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2.4. EXTENSIÓN ZONAS DE RESPONSABILIDAD

- COSTA MEDITERRÁNEA Y MAR BALEAR. -ÁREAS:Z.E.E. 2.367.045 Km² Desde litoral hasta veril de 200 mts. 38.811 Km² Desde litoral hasta veril de 500 mts. 21.556 Km² -LONGITUDES: Línea de costa peninsular ...................................................................................... 1.445 Kms Línea de costa insular 622 Km - GALICIA Y CANTÁBRICO. -ÁREAS:Z.E.E. 544.065 Km² Desde litoral hasta veril de 200 mts. 42.589 Km² Desde litoral hasta veril de 500 mts. 10.419 Km² -LONGITUDES: Línea de costa peninsular ....................................................................................... 1.750 Km - GOLFO DE CÁDIZ. -ÁREAS: Z.E.E. 18.554 Km² Desde litoral hasta veril de 200 mts. 10.332 Km² Desde litoral hasta veril de 500 mts. 7.707 Km² -LONGITUDES: Línea de costa peninsular ........................................................................................ 386 Km - ISLAS CANARIAS. -ÁREAS: Z.E.E. 458.393 Km² Desde litoral hasta veril de 200 mts. 8.406 Km² Desde litoral hasta veril de 500 mts. 4.451 Km² -LONGITUDES: Línea de costa peninsular ....................................................................................... 1.106 Km TOTALES: Z.E.E. ................................................................................................................. = 3.388.057 Km² Desde 0 mts. hasta 200 mts. .......................................................................................................... = 100.138 Km² Desde 0 mts. hasta 500 mts. = 44.133 Km²

PROYECTO FIN DE CARRERA 3. DIMENSIONAMIENTO Y DESCRIPCION DE LAS CAMARAS

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3. DIMENSIONAMIENTO Y DESCRIPCION DE LAS CAMARAS

3.1. DIMENSIONAMIENTO DE LAS CÁMARAS

Para el dimensionamiento de las cámaras debemos tener presente la cantidad de

alimentos consumidos al día por persona.

Mostramos en las siguientes tablas, los valores estimados de consumo diario por

persona.

Bebidas Variadas 660 ml.

Carne 150grs. Pescado 130grs.

Congelados 340 grs.

Como podemos ver en el apartado 2.2. (Características Principales). La autonomía del

buque es de 4500 millas, manteniendo una velocidad de crucero de 12 nudos. Podemos

deducir que el tiempo máximo de navegación sin repostar en puerto es de 2 semanas aprox.

La dotación es de 62 personas, así pues obtenemos los siguientes resultados.

Bebidas Variadas 572.9Kg.

Carne 130.2 Kg. Pescado 112.9 Kg.

Congelados 295.1 kg.

Las cámaras se dimensionarán según la Reglamentación Técnico Sanitaria sobre las

condiciones generales de almacenamiento frigorífico de alimentos y productos alimentarios

(RD 168/1985 6 de Febrero).

Tendremos en cuenta el espacio destinado a la estiba de la carga, en algunos casos

puede suponer hasta un 30% del volumen total de la cámara.


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Debido a las limitaciones que ofrece el local destinado a las cámaras frigoríficas,

mostramos el volumen total que ocuparán:

Bebidas Variadas 7.5 m3

Congelados 13 m3

Pescado 10.6 m3

Carne 11.2 m3

Antecámara 14.5 m3

3.2. DESCRIPCIÓN DE LAS CÁMARAS

La altura bajo techo en las cámaras es de 2,5 metros. Se dispondrán válvulas de

igualación de presión en todas las cámaras equipadas con evaporadores con desescarche. Las

puertas serán de tipo bisagra. Se instalará un pulsador en cada cámara, a una altura de 400

mm. sobre suelo que permitirá a toda persona que se encuentre atrapada en el cuarto dar aviso

de su presencia.

Este pulsador activará una alarma en la estación de alarma central AUT, y provocará

el encendido de una lámpara de emergencia situada fuera de la cámara. Los elementos de

visualización de temperatura se situarán encima de cada cámara. Se ubicara un hacha en el

interior de cada cámara. La puerta de la antecámara será de tipo corredera, aislando la planta

del exterior. La antecámara servirá para disminuir el choque térmico entre el interior de las

cámaras y el exterior. La cámara frigorífica de bebidas variadas, se situará contigua a la

cámara de congelados y antecámara, debido a la forma del local.

A continuación explicaremos la situación de las cámaras y locales o espacios que las

rodean:

Cámara de congelados

El mamparo nº1 colinda con el forro exterior, en el mamparo

nº 2 con la cámara de pescado, en el nº 3 con la antecámara y

en el nº 4 con la cámara de bebidas y cámara de oficiales.

1

2

3

4 Congelados


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Cámara de pescado

El mamparo nº 1 colinda con el forro exterior, en el nº 2 con

la cámara de carne, el nº 3 con la antecámara y el mamparo

nº 4 con la cámara de congelados.

Cámara de carne

El mamparo nº 1 colinda con el forro exterior, el nº 2 con el

cuarto de maquinaria frigorífica, el mamparo nº 3 con el

hueco de escalera y el mamparo nº 4 con la antecámara.

Antecámara

El mamparo nº 1 colinda con la cámara de pescado y

congelados, el nº 2 con la cámara de carne, el nº 3 con la

escalera o espacio exterior y el nº 4 con la cámara de bebidas.

Cámara de bebidas

El mamparo Nº 1 y 4 colindan con el pañol de víveres secos,

el mamparo Nº 2 con la antecámara y el Nº 3 con la zona de

paso.

Para más información, consultar el apartado de planos.

2

1

3

4 Pescado

1

2

3

4 Carne

1

2

3

4 Antecámara

2

1

3

4 Bebidas

PROYECTO FIN DE CARRERA 4. CALCULO DE LOS AISLAMIENTOS

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4. CALCULO DE LOS AISLAMIENTOS

4.1. INTRODUCCION

Aislaremos los techos, mamparos y mamparos divisorios del interior de la planta

frigorífica con paneles frigoríficos tipo “sandwich” de poliuterano inyectado para obtener el

espesor adecuado y así mantener las temperaturas especificadas para cada cámara. La

densidad de la espuma es de 40 Kg/m2. La elección de este tipo de aislamiento, es debido a

sus múltiples ventajas descritas en el capítulo teórico de aislamientos (ANEXO A).

Las puertas serán de acero inoxidable y serán aisladas por dentro con poliuterano

inyectado. El montaje se realizará por medio de gomas elásticas para juntas, en el ajuste de

estas.

Se utilizarán bisagras de cromo plateado y dispositivos de cierre y estanqueidad. La

apertura de las puertas debe poder efectuarse de ambos lados.

4.2. CÁLCULO DEL ESPESOR DE LOS PANELES AISLANTES PARA CADA CÁMARA

Para la selección del espesor de los paneles frigoríficos de cada cámara, utilizaremos

la expresión:

A continuación vemos con detalle los parámetros que componen la expresión:

E = es el espesor del núcleo aislante del panel expresado en metros

∆t = es la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de la cámara en º C

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ


EUITN FEB-10 15

Q = es la máxima transmisión de calor permitida entre el exterior y el interior de la

cámara en Kcal/h. Según criterios de la industria frigorífica, para cámaras con productos

conservados a una temperatura próxima a los 0ºC el valor de Q estará comprendido entre 7 y

8 Kcal/h y para productos conservados alrededor de -20ºC será entre 6 y 9 Kcal/h. Para el

cálculo en este caso de los valores consideramos 8 y 6 respectivamente

hi = coeficiente superficial de transmisión de calor interior expresado en Kcal/m2 h ºC

he = coeficiente superficial de transmisión de calor exterior expresado en Kcal/m2 h ºC

λ = conductividad térmica del aislante en Kcal/m h ºC. Para nuestro caso en particular

es de 0.02 Kcal/ m h ºC

4.3. CÁLCULO DE PANELES AISLANTES

Los valores de las resistencias térmicas superficiales expresadas en m2 h ºC/Kcal serán

extraídos de la siguiente tabla:

Fuente: “Aislamiento, cálculo y construcción de cámaras frigoríficas”

Posición del cerramiento

Sentido Flujo

SITUACIÓN DEL CERRAMIENTO

De separación con espacio abierto exterior ó local abierto

De separación con otro local desván ó cámara de aire

1/hi 1/he 1/hi+1/he 1/hi 1/he 1/hi+1/he Verticales ó con pendiente sobre la horizontal > 60 º

→→→→

0,13

0,07

0,20

0,13

0,13

0,26

Horizontales ó con pendiente sobre horizontal > 60 º

↑↑↑↑

0,11

0,06

0,17

0,11

0,11

0,22

Horizontales

↓↓↓↓

0,20

0,06

0,26

0,20

0,20

0,40

Consideraremos la temperatura del exterior de las cámaras frigoríficas en el caso más

desfavorable. En nuestro caso utilizaremos un valor de 35 ºC.


EUITN FEB-10 16

Cámara de Congelados:

Paneles aislantes exteriores

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ Mamparo Nº 1

E = [35-(-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m

Espesor normalizado (mm) = 200

Mamparo Nº 4

E = [35-(-25)/6 – (0.20)] 0.02 = 0.196 m


Paneles aislantes interiores

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 2

El mamparo Nº 2 es contiguo a la cámara de pescado que está a la misma temperatura

que la de congelados (-25º C). En este caso elegiremos el panel de menor espesor

normalizado 60 mm.

Mamparo Nº 3

E = [3-(-25)/6 – ( 0.26)] 0.02 = 0.088 m



EUITN FEB-10 17

Paneles aislantes techo

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35-(-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m


Paneles aislantes suelo

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35-(-25)/6 – (0.17)] 0.02 = 0.197


Cámara de pescado:


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ Mamparo Nº 1

E = [35-(-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m

Espesor normalizado = 200


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 2 y 4

El mamparo Nº 2 y 4 colindan con la cámara de carne y congelados respectivamente.

La temperatura de estas es la misma que la pescado. Como en el caso anterior ( mamparo Nº 2

de cámara de congelados) elegimos el menor espesor normalizado, 60 mm.


EUITN FEB-10 18

Mamparo Nº 3

E = [3-(-25)/6 -0.26] 0.02 = 0.088 m



El espesor utilizado para la cámara de pescado es el mismo que para la cámara de

congelados 200 mm


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35 - (-25)/6 – 0.17] = 0.077

Espesor normalizado = 80 Cámara de carne: Panales aislantes exteriores E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ Mamparo Nº 1

E = [35 - (-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m

Espesor normalizado = 200 mm

Mamparo Nº 2

E = [35 - (-25)/6 – (0.20)] = 0.196 m

Espesor normalizado = 200 mm


EUITN FEB-10 19

Mamparo Nº 3

E = [35 - (-25)/6 – (0.20)] 0.02 = 0.196 m

Espesor normalizado (mm) =200


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 4

El mamparo Nº 4 colinda con la cámara de pescado y antecámara. Podríamos utilizar

un espesor normalizado de 60mm, puesto que la cámara de pescado esta a la misma

temperatura, pero en este caso tendremos que calcularlo al estar junto a la antecámara.

E = [3 - (-25)/6 – 0.26] 0.02 = 0.088



E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35 - (-25)/6 – (0.26)] = 0.195 m

Espesor normlizado (mm) = 200


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35 - (-25)/6 – (0.17)] 0.02 = 0.197m



EUITN FEB-10 20

Antecámara:


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 3

E = [(35 – 3)/8 – (0.20)] 0.02 = 0.076 m



E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 1 y 2

E = [3 - (-25)/8 – (0.26)] 0.02 = 0.065 m


Mamparo Nº 4

E = [(10-3)/8 -0.26) 0.02 = 0.082



E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [(35-3)/8 – (0.26)] 0.02 = 0.075



EUITN FEB-10 21


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [(35-3)/8 – (0.17)] 0.02 = 0.077 m


Cámara de bebidas


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparos Nº 1, 3 y 4

E = [(35 – 10)/8 – 0.20] 0.02 = 0.058 m



E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 2

E = [10 – (-25)/8 – 0.26] = 0.082 m



E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [(35-10) /8 – 0.26] 0.26 = 0.057 m



EUITN FEB-10 22


E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [(35-10)/8 – 0.17] = 0.077 m


4.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR

La definición del coeficiente global de transmisión de calor es la cantidad de calor que

atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo, cuando se establece entre las caras

paralelas del cerramiento una diferencia de temperatura de un grado.

Analizaremos este parámetro para cada uno de los paneles aislantes que componen

nuestras cámaras frigoríficas. Una vez calculado nos será de gran utilidad para la

determinación del balance térmico de la instalación.

Utilizaremos la siguiente expresión:

Despejamos el coeficiente K, con lo que obtendríamos:

El valor del espesor (E), lo calculamos en el apartado anterior. Utilizaremos el espesor

normalizado para introducirlo en la fórmula.

1/K = 1/hi + E/λ + 1/he

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1


EUITN FEB-10 23


Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)-1 = 0.3 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)-1 = 0.19 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.20 + 0.200/0.02)-1 = 0.098 Kcal/h m2 ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.17 + 0.200/0.02)-1 = 0.098 Kcal/h m2 ºC

Cámara de pescado

Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC


EUITN FEB-10 24

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)-1 = 0.3 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)-1 = 0.019 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)-1 = 0.3 Kcal/h m2 ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.200 + 0.200/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.17 + 0.200/0.02)-1 = 0.098 Kcal/h m2 ºC

Cámara de carne

Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.20 + 0.200/0.02)-1 = 0.098 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1


EUITN FEB-10 25

K = (0.20 + 0.200/0.02)-1 = 0.098 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)-1 = 0.19 Kcal/h m2 ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.17 + 0.60/0.02)-1 = 0.098 Kcal/h m2 ºC

Antecámara

Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)-1 = 0.23 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)-1 = 0.23 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)-1 = 0.23 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)-1 = 0.19 Kcal/h m2 ºC


EUITN FEB-10 26

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)-1 = 0.23 Kcal/h m2 ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.17 + 0.60/0.02)-1 = 0.31 Kcal/h m2 ºC

Cámara de bebidas

Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.20 + 0.60/0.02)-1 = 0.097 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)-1 = 0.19 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.20 + 0.60/0.02)-1 = 0.31 Kcal/h m2 ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.20 + 0.60/0.02)-1 = 0.31 Kcal/h m2 ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)-1 = 0.31 Kcal/h m2 ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)-1

K = (0.17 + 0.60/0.02)-1 = 0.31 Kcal/h m2 ºC

PROYECTO FIN DE CARRERA 5. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS DE LA INSTALACIÓN (BALANCE TÉRMICO)

EUITN FEB-10 27

5. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS DE LA INSTALACIÓN (BALANCE TÉRMICO)

5.1. INTRODUCCIÓN

El punto de partida para el diseño de cámaras frigoríficas es evaluar sus necesidades o

“cargas” de refrigeración, para establecer cuál será el equipo más adecuado.

El cálculo de las necesidades frigoríficas de la instalación viene determinada por la

suma de las necesidades frigoríficas para el enfriamiento de la mercancía (Qp) más las

aportaciones caloríficas exteriores (Qe). Esta carga puede ser variable a lo largo del tiempo,

por ello se suele hacer una estimación de las necesidades máximas.

A su vez tendremos en cuenta una serie de factores determinantes para el cálculo de

las necesidades de la instalación:

- Transmisión de calor a través de los cerramientos

- Entrada de aire exterior a la cámara

- Régimen de trabajo

- Clima

- Tipo, cantidad y estado del producto a su entrada a la cámara

- Temperatura del producto a su entrada en la cámara

- Calor específico antes y después de su congelación

- Renovaciones de aire, tiempo de funcionamiento

- Calor de respiración del producto

- Calor introducido por la apertura de puertas

- Calor liberado por la entrada de personal

- Calor desprendido por los ventiladores del evaporador


EUITN FEB-10 28

5.2. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN (Q1)

Estas pérdidas son las pérdidas de calor producidas por transmisión a través de las

paredes de la cámara. Es necesario conocer la diferencia de temperaturas entre el exterior e

interior en cada pared, el tipo de material utilizado en la pared, su superficie y el tiempo

(generalmente se toma como base un día, es decir, 24 horas). Así pues:

Q = Calor total que atraviesa la pared por unidad de tiempo, en W (Kcal/h).

K = Coeficiente global de transmisión de calor, función de los materiales utilizados en la pared

en W/ m2 K (Kcal/ h m2 ºC).

S = Superficie de la pared en m2.

∆T = Diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en ºC.

Para el cálculo de las necesidades frigoríficas, consideramos la temperatura en las condiciones

más desfavorables según diseño, es decir, en nuestro caso 35 ºC.


Mamparo Nº 1

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (2.5*1.73) (35 – (-25)) 24 = 604.12 Kcal/ Día

Mamparo Nº 2

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.3 (2.5*3) (-25 – (-25)) 24 = 0 Kcal/ Día

Q = K*S*∆T*24 (Kcal/Día)


EUITN FEB-10 29

Mamparo Nº 3

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.19 (2.5*1.73) (3 – (-25)) 24 = 552.22 Kcal/ Día

Mamparo Nº 4

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.3 (2.5*3) (35 – (-25)) 24 = 3240 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.23 (1.73*3) (35 – (-25)) 24 = 1718.93 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (1.73*3) (35 – (-25)) 24 = 2316.82 Kcal/ Día

Σ Q1 CONGELADOS = 604.12 +0+552.22+3240+1718.93+2316.82 = 8432.09 Kcal/Día

Cámara de pescado

Mamparo Nº 1

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (2.5*1.73) (35 – (-25)) 24 = 604.12 Kcal/ Día

Mamparo Nº 2

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.3 (2.5*2.44) (-25 – (-25)) 24 = 0 Kcal/ Día

Mamparo Nº 3

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.19 (2.5*1.73) (3 – (-25)) 24 = 552.22 Kcal/ Día


EUITN FEB-10 30

Mamparo Nº 4

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.3 (2.5*2.44) (-25 – (-25)) 24 = 0 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (1.73*2.44) (35 – (-25)) 24 = 589.85 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.098 (1.73*2.44) (35 – (-25)) 24 = 595.94 Kcal/ Día

Σ Q1 PESCADOS = 604.12 +0+552.22+0+589.5+595.94 = 2311.78 Kcal/Día

Cámara de carne

Mamparo Nº 1

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (2.5*1.42) (35 – (-25)) 24 = 495.86 Kcal/ Día

Mamparo Nº 2

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.098 (2.5*3.16) (35 – (-25)) 24 = 1114.48 Kcal/ Día

Mamparo Nº 3

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.098 (2.5*1.42) (35 – (-25)) 24 = 500.98 Kcal/ Día

Mamparo Nº 4

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.19 (2.5*3.16) (3 – (-25)) 24 = 1008.67 Kcal/ Día


EUITN FEB-10 31

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (1.42*3.16) (35 – (-25)) 24 = 626.77 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.098 (1.42*3.16) (35 – (-25)) 24 = 633.23 Kcal/ Día

Σ Q1 CARNE = 495.86 + 1114.48 + 500.98 + 1008.67 + 626.77 + 633.23 = 4380 Kcal/Día

Antecámara

Mamparo Nº 1

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.23 (2.5*3.46) (3 – (-25)) 24 = 1336.94 Kcal/ Día

Mamparo Nº 2

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.23 (2.5*1.18) (3 – (-25)) 24 = 455.95 Kcal/ Día

Mamparo Nº 3

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.24 (2.5*3.46) (35 – 3) 24 = 1594.37 Kcal/ Día

Mamparo Nº 4

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.3 (2.5*1.18) (10 – 3) 24 = 148.68 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.23 (3.46*1.18) (35 – 3) 24 = 721.18 Kcal/ Día


EUITN FEB-10 32

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (3.46*1.18) (35 – 3) 24 = 972.03 Kcal/ Día

Σ Q1 ANTECÁMARA = 1336.94 + 455.95 + 1594.37 +148.68 + 721.18 +972.03 = 5229.15

Kcal/Día

Cámara de Bebidas

Mamparo Nº 1

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Mamparo Nº 2

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.19 (2.5*2) (10 – (-25) 24 = 798 Kcal/ Día

Mamparo Nº 3

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Mamparo Nº 4

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*2) (35 – 10) 24 = 930 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Σ Q1 BEBIDAS = 697.5 + 798 + 697.5 + 930 + 697.5 + 697.5 = 4518 Kcal/Día


EUITN FEB-10 33

5.3. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR REFRIGERACIÓN O CONGELACIÓN (Q 2)

Las necesidades frigoríficas por enfriamiento de la mercancía son, sin lugar a dudas,

las mayores de todas las que intervienen dentro del cómputo global de la potencia frigorífica

de la instalación.

Para el cálculo de estas pérdidas se sumarán la carga térmica del enfriamiento del

producto (Q21), la carga térmica debida a la congelación del producto (Q22), y la carga térmica

producida por el enfriamiento del producto tras la congelación hasta la temperatura de

régimen (Q23). Así pues, Q2 se obtiene de la siguiente expresión:

Ahora estudiaremos detenidamente las cargas térmicas que forman la anterior

expresión:

- M es la masa del genero en Kg/día

- C1 es el calor latente del producto sin congelar en Kcal/Kg ºC

- t i es la temperatura inicial, ºC

- tf es la temperatura final o de régimen, ºC

- M es la masa del genero expresado en Kg/día

- C2 es el calor latente de congelación del producto en Kcal/Kg

Q2 = Q21+Q22+Q23

Q21 = M C1 (ti – tf)

Q22 = M C2


EUITN FEB-10 34

- M es la masa del genero expresado en Kg/día

- C3 es el calor específico del producto congelado en Kcal/Kg ºC

- tc es la temperatura de congelación del producto, ºC

- tf es la temperatura final o de régimen, ºC

Para la realización de los cálculos serán necesarias unas tablas de referencia en las que

se encuentran una serie de características fundamentales de cada tipo de producto. Estas tablas

las podemos encontrar en el ANEXO B.

La temperatura régimen de conservación se alcanzará en un tiempo fijado de 24 horas,

una vez se reciban los productos de tierra y sean introducidos en sus respectivas cámaras.

Cámara de Congelados

La temperatura con la que llegarán a la cámara los productos congelados será de -3ºC,

dentro de la cámara alcanzaran una temperatura de -25ºC para que conserve todas sus

propiedades y nutrientes.

M CONGELADOS = 295.12 Kg.

C3 = 0.45 Kcal/Kg ºC

Q2 CONGELADOS = M C3 (ti – tf) = 295.12 * 0.45 (-3 – (-25)) = 2921.69 Kcal/día

Cámara de Pescados

La masa total de pescados es de 112.84 Kg; el 70 % es congelado desde tierra en

camiones frigoríficos, el 30 % que resta se encuentra fresco. La temperatura de recepción es

de – 20ºC y la del pescado es de 12ºC.

Q23 = M C3 (tc – tf)


EUITN FEB-10 35

Según las tablas tenemos los siguientes valores medios:

C1 C2 C3 tcong t i Cong t i Fresc

0.82 Kcal/Kg ºC 58 Kcal/Kg 0.43 Kcal/Kg ºC -1.85 ºC -20 ºC 12 ºC

M CONGELADO = 112.84 * 0.70 = 78.99 Kg.

Q2 CONGELADO = M C3 (ti – tf) = 78.99 * 0.43 (-20 – (-25))= 169.82 Kcal/día

M FRESCO = 112.84 * 0.30 = 33.85 Kg.

Q2 FRESCO = M [C1*(t i – tfc) + C2 + C3 (tfc – tf)] = 33.85 [0.82 (12 – (-1.85)) + 58 + 0.43

(-1.85 – (-25)] = 2684.85 Kcal/día

Q2 PESCADO = Q2 CONGELADO + Q2 FRESCO = 169.82 + 2684.85 = 2854.85 Kcal/día

Cámara de carne

La masa total de carne es de 130.2 Kg.; de la cual el 70% proviene congelada desde

tierra a través de camiones frigoríficos, y el de 30% restantes del género proviene fresco. La

temperatura de recepción de la carne congelada es de -20 ºC y la de carne fresca es de 12 ºC.

Según las tablas, obtendremos los siguientes valore medios:

C1 C2 C3 tcong t i Cong t i Fresc

0.71 Kcal/Kg ºC 50 Kcal/Kg 0.39 Kcal/Kg ºC -1.7 ºC -20 ºC 12 ºC


EUITN FEB-10 36

M CONGELADA = 130.2 * 0.70 = 91.14 Kg.

Q2 CONGELADA = M C3 (ti – tf) = 91.14 * 0.39 * (-20 – (-25)) = 177.72 Kcal/día

M FRESCA = 130.2 * 0.30 = 39.06 Kg.

Q2 FRESCA = M [C1*(t i – tfc) + C2 + C3 (tfc – tf)] = 39.06 [0.71 (12 – (-1.7)) + 50 + 0.39

(-1.7 – (-25)] = 2687.87 Kcal/día

Q2 CARNE = Q2 CONGELADA + Q2 FRESCA = 177.72 + 2687.87 = 2865.60 Kcal/día

Cámara de bebidas

Las bebidas llegarán a una temperatura de 25ºC, la temperatura final a la que se

considera óptima para su conservación es de 10ºC.

M BEBIDAS = 572.88 Kg

C1 = 0.90 Kcal/día

Q2 BEBIDAS = 572.88 * 0.90 (25 – 10) = 7733.78 Kcal/día

5.4. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDO A LAS NECESIDADES DE CONSERVACIÓN (Q3)

La continuidad de los fenómenos biológicos, característicos de las sustancias vivas, y

en particular la respiración (caso de frutas y hortalizas), o de fermentaciones del producto

conservado, se traducen en un desprendimiento de calor que deberá extraerse para garantizar

la temperatura idónea de la cámara, en función del tipo de producto a conservar.

Las cantidades de calor producidas durante la conservación por fenómenos indicados

anteriormente suelen ser pequeñas, por eso se expresan en Kcal/tn día y no en Kcal/Kg día.


EUITN FEB-10 37

El cálculo de Q3 se obtiene mediante la siguiente expresión:

- MT es la cantidad de producto almacenado en toneladas (Tn)

- QR es el calor de respiración del producto en Kcal/Tn día

Para la realización del balance térmico de este proyecto no es necesario el cálculo de

las pérdidas por conservación, ya que no disponemos de cámara de verduras. Las verduras

que se consuman a bordo vendrán debidamente envasadas y congeladas para su recepción en

la cámara de congelados.

5.5 CÁLCULOS DE LACARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR RENOVACIÓN DE AIRE (Q 4)

La carga térmica a evacuar de un recinto frigorífico debida a la renovación de aire es

una variable que se puede descomponer en la suma de otras dos:

a) Número de renovaciones técnicas, son aquellas renovaciones aconsejables para

la óptima conservación del producto.

b) Número de renovaciones equivalentes, son aquellas que se producen por

infiltraciones y vendrán definidas por el volumen interior de la cámara.

La cantidad de frigorías necesarias debido a la carga térmica por renovación de aire,

dependerá de las condiciones del aire exterior y de las condiciones del aire interior a renovar

(temperatura y humedad relativa). Así pues, en el cálculo de Q4, interviene la diferencia

entálpica entre el aire exterior y el aire de la cámara, la densidad del aire y el número de

renovaciones establecido.

Q3 = MT CR

Q4 = V Di δm N


EUITN FEB-10 38

Ahora veamos qué es cada valor por separado:

- V, es el volumen de la cámara en m3

- Di = (h1 – h2) es la diferencia entálpica entre el aire exterior y el aire de la

cámara (Kcal/día).

- δm = 1/Ve es la densidad media del aire entre las condiciones interiores y

exteriores en Kg/m3

- N es el número de renovaciones de aire por día.

Número de renovaciones diarias

Volumen interior de la Cámara (m3) Cámaras negativas Cámaras por encima de 0ºC

2,5 52 70

3 47 63

4 40 53

5 35 47

7,5 28 38

10 24 32

15 19 26

20 16,5 22

25 14,5 19,5

30 13 17,5

40 11,5 15

50 10 13

60 9 12

80 7,7 10

100 6,8 9

La temperatura del exterior de las cámaras se considera de 20ºC, esta temperatura es

debida al sistema de climatización del buque.

Consideraremos una humedad relativa para realizar los cálculos de un 55%.


EUITN FEB-10 39

Para determinar las entalpías del aire exterior e interior utilizaremos los Gráficos

Psicométricos del aire a baja y alta temperatura, la encontraremos en el ANEXO B.

Para el cálculo de las necesidades por renovación de aire, es conveniente estudiar las

cámaras por separado.


Volumen de la cámara de congelados = 13.01 m3

Q4 CONGELADOS = V Di δm N

EXTERIOR CÁMARA CONGELADOS

20 -25 Temperatura (ºC)

55 80 Humedad relativa (%)

9.70 -1.54 Entalpía del aire (Kcal/Kg)

0.841 0.703 Volumen específico aire (m3/Kg)

0.7715 Volumen específico medio (m3/Kg)

19 Nº de renovaciones

Q4 CONGELADOS = 13.01 [9.70 – (-1.54)] (1 / 0.7715) 19 = 3601.32 Kcal/día

Cámara de Pescados

Volumen de cámara de pescado = 10.56 m3

Q4 PESCADOS = V Di δm N


EUITN FEB-10 40

EXTERIOR CÁMARA DE PESCADO







Q4 PESCADOS = 10.56 [9.70 – (-1.49)] (1 / 0.772) 24 = 4034.13 Kcal/día

Cámara de Carne

Volumen Cámara de Carne = 11.59 m3

Q4 CARNE = V Di δm N

EXTERIOR CÁMARA DE CARNE







Q4 CARNE = 11.59 [9.70 – (-1.54)] (1 / 0.7715) 24 = 3923.15 Kcal/día


EUITN FEB-10 41

Cámara de Bebidas

Volumen Cámara de Bebidas = 7.5 m3

Q4 BEBIDAS = V Di δm N

EXTERIOR CÁMARA DE BEBIDAS



9.70 6 Entalpía del aire (Kcal/Kg)




Q4 BEBIDAS = 7.5 (9.70 – 6) (1 / 0.825) 38 = 1278.18 Kcal/día

Antecámara

Volumen antecámara = 14.48 m3

Q4 ANTECÁMARA = V Di δm N

EXTERIOR ANTECÁMARA

20 +3 Temperatura (ºC)


9.70 7.2 Entalpía del aire (Kcal/Kg)




Q4 BEBIDAS = 14.48 (9.70 – 7.2) (1 / 0.811) 26 = 1160.54 Kcal/día


EUITN FEB-10 42

5.7. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR VENTILADORES (Q5)

Debido a que tanto la potencia de los motores como el número de horas de

funcionamiento de los mismos no son conocidos en principio, tampoco se podrá conocer el

valor exacto de Q5. Por tanto, Q5 sólo podrá conocerse con exactitud una vez realizado el

balance térmico y elegidos los equipos adecuados, por lo que en la práctica se opta por

realizar una estimación de Q5 en función del volumen de la cámara. Puede suponerse en este

caso, de forma práctica y bastante aproximada que el equivalente térmico del trabajo de los

ventiladores representa del 5 al 8% de las necesidades del frío ya calculadas, (Q1 + Q2 + Q3).

La expresión que utilizaremos para el cálculo del calor desprendido por los

ventiladores de los evaporadores es:


Q5 CONGELADOS = 0.08 (Q1 CONGELADOS + Q2 CONGELADOS + Q3 CONGELADOS)

Q5 CONGELADOS = 0.08 (8432.09 + 2921.69 + 0) = 908.30 Kcal/día

Cámara de Pescado

Q5 PESCADOS = 0.08 (Q1 PESCADOS + Q2 PESCADOS + Q3 PESCADOS)

Q5 PESCADOS = 0.08 (2311.78 + 2854.68 + 0) = 413.12 Kcal/día

Q5 = 0.08 (Q1 + Q2 + Q3)


EUITN FEB-10 43

Cámara de Carne

Q5 CARNE = 0.08 (Q1 CARNE + Q2 CARNE + Q3 CARNE)

Q5 CARNE = 0.08 (4380 + 2865.60 + 0) = 579.65 Kcal/día

Cámara de Bebidas

Q5 BEBIDAS = 0.08 (Q1 BEBIDAS + Q2 BEBIDAS + Q3 BEBIDAS)

Q5 BEBIDAS = 0.08 (4518 + 7733.88 + 0) = 980.15 Kcal/día

Antecámara

Q5 ANTECÁMARA = 0.08 (Q1 ANTECÁMARA + Q2 ANTECÁMARA + Q3 ANTECÁMARA)

Q5 ANTECÁMARA = 0.08 (5229.15 + 0 + 0) = 418.33 Kcal/día

5.8. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR CIRCULACIÓN DE OPERARIOS EN LAS

CÁMARAS (Q 6)

La cantidad de calor liberada por operario es variable en función de la temperatura de

la cámara, del vestuario, de la actividad física realizada y del tiempo de permanencia en el

recinto frigorífico.

El calor aportado por los operarios será:

Q6 = N * CP * HP


EUITN FEB-10 44

N = número de personas

CP = Calor emitido por cada persona en una hora (KJ/h) ó (Kcal/h).

HP = Número de horas que cada persona permanece en el interior de la cámara recinto

en el día.

De lo expuesto, se deduce la dificultad del cálculo. Basta pensar en el número de veces

que será necesario entrar al día, peso de la persona que entra, etc. Por tanto, cuando se trate de

cámaras frigoríficas en las que difícilmente podremos calcular con alguna precisión las horas

que en ellas permanecen las personas, el valor de Q6 convendrá estimarlo considerándolo

englobado en Q8, pero cuando se trate de cámaras que son salas de trabajo donde se puede

determinar con bastante precisión el número de trabajadores y el número de horas de trabajo,

convendrá considerar su valor mediante la expresión de Q6.

5.9. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LA ILUMINACIÓN EN LAS CÁMARAS (Q 7)

Éstas dependen del valor lumínico proyectado en el recinto frigorífico y del tiempo de

utilización. Generalmente el nivel lumínico será bajo, entre 20 y 80 lux, por lo que la potencia

instalada será del orden de entre 5-15 W/m2 dependiendo del tipo de luz utilizada, el período

de utilización es también corto, ya que sólo deberá estar conectada durante períodos en que se

realicen trabajos en su interior, normalmente este tiempo se estima entre 0,5 y 5 h/día. En este

caso el valor de Q7 aparecerá englobado en Q8.

5.10. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR PÉRDIDAS DIVERSAS (Q8)

Se incluyen bajo este apartado una serie de cargas térmicas diversas, de difícil cálculo

hasta tanto no se realice la elección de los equipos que componen la instalación. En la

práctica, se realiza una estimación de las mismas, obteniendo un resultado aceptable:


EUITN FEB-10 45

Donde:

α = Coeficiente (0,1 – 0,15)

Q1 = Pérdidas de transmisión, Kcal/día

Q2 = Carga térmica por renovación de aire, Kcal/día

Q3 = Carga térmica por refrigeración, Kcal/día

De esta forma se estiman todas las pérdidas indicadas a continuación:

a) Por convección y radiación de los aparatos y tuberías por donde circula el

fluido frigorígeno. Aunque éstas deben estar convenientemente aisladas, las

pérdidas son inevitables.

b) Pérdidas debidas a la condensación de la humedad exterior sobre las baterías

refrigerantes. Las diferencias de tensión de vapor entre el ambiente exterior y

el interior hacen que se establezca una difusión permanente de la humedad

exterior a través de los muros y paredes, más o menos permeables al vapor de

agua, que acaba en las baterías refrigerantes donde el vapor condensa y

congela. También son muy importantes las pérdidas de humedad debidas al

producto.

c) Carga térmica debida al desescarche de los evaporadores.

En las instalaciones que funcionan con temperatura de evaporación inferiores a

0ºC, es necesario realizar el desescarche de los evaporadores. Dicho

desescarche llevará implícito un aumento de la temperatura del material del

evaporador y del fluido frigorígeno interior por encima de 0ºC, siendo incluso

inevitable la transferencia de calor al resto del recinto. Esta carga de difícil

evaluación práctica, queda también incluida en el porcentaje adoptado.

Q8 = α (Q1 + Q2 + Q3)


EUITN FEB-10 46

d) Otras cargas térmicas.

Se incluirán un número indeterminado de cargas que dependerán, por un lado

de las instalaciones interiores de las cámaras, y de los sistemas de trabajo.


Q8 CONGELADOS = α (Q1 CONG. + Q2 CONG. + Q3 CONG.) Kcal/día

Q8 CONGELADOS = 0.15 (8432.09 + 2921.69 + 0) = 1703.07 Kcal/día

Cámara de pescados

Q8 PESCADOS = α (Q1 PESCADOS + Q2 PESCADOS + Q3 PESCADOS) Kcal/día

Q8 PESCADOS = 0.15 (2311.78 + 2854.68 + 0) = 774.97 Kcal/día

Cámara de carne

Q8 CARNE = α (Q1 CARNE + Q2 CARNE + Q3 CARNE) Kcal/día

Q8 CARNE = 0.15 (4380 + 2865.60 + 0) = 1086.84 Kcal/día

Cámara de Bebidas

Q8 BEBIDAS = α (Q1 BEBIDAS + Q2 BEBIDAS + Q3 BEBIDAS) Kcal/día

Q8 BEBIDAS = 0.15 (4518 + 7733.88 + 0) = 1837.78 Kcal/día


EUITN FEB-10 47

Antecámara

Q8 ANTECÁMARA = α (Q1 ANTECÁMARA + Q2 ANTECÁMARA + Q3 ANTECÁMARA) Kcal/día

Q8 ANTECÁMARA = 0.15 (5229.15 + 0 + 0) = 784.37 Kcal/día

5.11. CÁLCULO DE LA POTENCIA FRIGORÍFICA TOTAL DE LA PLANTA

La potencia frigorífica total ha de ser equivalente a la suma de las necesidades de frío

máximas, obtenidas como suma de los ocho conceptos estudiados anteriormente.

Estas necesidades totales, QT, están referidas a un período de 24 horas, por lo que será

necesario fijar el número de horas de funcionamiento del compresor (N), con objeto de

calcular la producción efectiva (capacidad) horaria de los compresores.

El número de horas de funcionamiento adoptado suele variar entre 14-16 horas/día en

el caso de instalaciones comerciales, y entre 18-20 horas/día en el caso de refrigeración y

congelación. Para nuestro estudio hemos adecuado el funcionamiento de los compresores en

19 horas al día. Las unidades serán en W, sabiendo que: 1W = 0.86 Kcal.

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

Capacidad = (24 * QT)/N


EUITN FEB-10 48


QCONGELADOS = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8

QCONGELADOS = 8432.09 + 2921.69 + 3601.32 + 908.30 + 1703.07 =17566.47 Kcal/día

→ 17566.47/19 = 924.55 Kcal/h → 924.55/0.86 = 1075.06 W

Cámara de Pescados

QPESCADOS = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8

QPESCADOS = 2311.78 + 2854.58 + 4034.13 + 413.32 + 774.97 = 10388.78 kcal/día →

10388.78/19 = 546.77 Kcal/h → 546.77/0.86 = 635.79 W

Cámara de Carne

QCARNE = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8

QCARNE = 4380 + 2865.50 + 3923.15 + 579.65 + 1086.84 = 12835.14kcal/día →

12835.14/19 = 675.53 Kcal/h → 675.53/0.86 = 785.51 W

Cámara de Bebidas

QBEBIDAS = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8

QBEBIDAS = 4518 + 7733.88 + 1278.18 + 980.15 + 1837.78 = 16347.99 kcal/día →

16347.99/19 = 860.42 Kcal/h → 860.42/0.86 = 1000.49 W

Antecámara

QANTECÁMARA = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8


EUITN FEB-10 49

QANTECÁMARA = 5229.15 + 1160.54 + 418.33 + 784.37 = 7592.39 kcal/día →

7592.39/19 = 399.6 Kcal/h → 399.6/0.86 = 464.65 W

Para obtener la potencia total frigorífica sumaremos las necesidades térmicas totales

de cada una de las cámaras (Qi), más una factor de seguridad (Fs) que será del 10%.

POT. FRIG. TOTAL = ΣQi + Fs = 1075.06 + 635.79 + 785.51 + 1000.49 + 464.65 + Fs =

4357.65 W

PROYECTO FIN DE CARRERA 6. SELECCIÓN DE LOS PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN

EUITN FEB-10 50

6. SELECCIÓN DE LOS PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN

6.1. EVAPORADORES

En este apartado estudiaremos la selección de los evaporadores más adecuados a

nuestras cámaras frigoríficas. El fabricante por el que hemos optado ha sido FRIMETAL , del

cual presentamos en el capítulo de ANEXOS C su catálogo de evaporadores. En este mismo

catálogo se indican una serie de pasos a seguir para una elección adecuada.

Toda la información teórica de estos elementos, ha sido ya descrita en el apartado de

ANEXOS A (Capítulo 5).

A continuación describiremos el procedimiento de selección de los evaporadores:

Nomenclatura utilizada:

- Tc = Temperatura del aire en la cámara a la entrada del evaporador ºC

- Te = Temperatura de evaporación ºC

- ∆T = Salto térmico (Tc – Te)

- HR = Humedad Relativa

- Qev = Capacidad del evaporador en las condiciones dadas

- Qn = Capacidad nominal del evaporador

Para la selección del evaporador que irá situado en cada en cámara, utilizaremos la

expresión que mostramos a continuación:

Fr = Factor refrigerante

Fc = Factor de corrección

Qn = Qev / Fr * Fc


EUITN FEB-10 51

Para este proyecto hemos utilizado el modelo de refrigerante R-404, en cuyo caso el

factor refrigerante es uno, por lo que no se tendrá en cuenta.

En la gráfica GR-1 entramos con la humedad relativa hasta cortar con la curva, de este

modo obtenemos el salto térmico. Este dato es importante para hallar la temperatura de

evaporación (Te), que nos será de ayuda en la gráfica GR-2. Entrando en la gráfica con el

salto térmico y la temperatura de evaporación nos da como resultado el factor de corrección,

dato necesario para hallar la capacidad nominal del evaporador.

Seguidamente procederemos a aplicar los pasos a seguir para el cálculo de la potencia

de los evaporadores en cada una de las cámaras y selección del mismo.


Qev = 1075.06 W HR = 80% Tc = -25ºC

Por gráfica GR-1 → ∆T = 7

∆T = Tc – Te → Te = Tc – ∆T = -25 - 7 = -32ºC;

Te = -32ºC → Por gráfica GR-2 obtenemos que Fc = 0.74

Qn = Qev / Fr * Fc = 1075.6/0.74 = 1453.51 W

Con la capacidad nominal obtenida, seleccionamos en el catálogo de FRIMETAL la

serie FRB (conservación de congelados a bajas temperaturas), el modelo FRB-160 de

capacidad nominal 2320 W con desescarche eléctrico y paso de aletas de 7 mm.

Cámara de Pescados

Qev = 635.79 W HR = 90% Tc = -25ºC

Por gráfica GR-1 → ∆T = 5.4

∆T = Tc – Te → Te = Tc – ∆T = -25 – 5.4 = -30.4ºC;


EUITN FEB-10 52

Te = -30.4ºC → Por gráfica GR-2 obtenemos que Fc = 0.58

Qn = Qev / Fr * Fc = 635.79/0.58 = 1096.19 W


serie FRL (cámaras de muy bajas temperaturas), el modelo FRL-90 de capacidad nominal

1320 W con desescarche eléctrico y paso de aletas de 9 mm.

Cámara de Carne

Qev = 785.51 W HR = 80% Tc = -25ºC


∆T = Tc – Te → Te = Tc – ∆T = -25 – 7 = -32ºC;


Qn = Qev / Fr * Fc = 785.51/0.74 = 1061.15 W


serie FRL (cámaras de muy bajas temperaturas), el modelo FRL-90 de capacidad nominal

1320 W con desescarche eléctrico y paso de aletas de 9 mm.

Cámara de Bebidas

Qev = 1000.49 W HR = 85% Tc = 10ºC

Por gráfica GR-1 → ∆T = 6.1

∆T = Tc – Te → Te = Tc – ∆T = 10 – 6.1 = 3.9ºC;

Te = 3.9ºC → Por gráfica GR-2 obtenemos que Fc = 0.92


EUITN FEB-10 53

Qn = Qev / Fr * Fc = 1000.49/0.92 = 1087.49 W


serie FRA (géneros frescos o delicados por encima de +5ºC), el modelo FRA-150 de

capacidad nominal 2720 W con desescarche eléctrico y paso de aletas de 2.8 mm.

Antecámara

Qev = 464.65 W HR = 80% Tc = 3ºC


∆T = Tc – Te → Te = Tc – ∆T = 3 – 7 = - 4ºC;


Qn = Qev / Fr * Fc = 464.65/0.93 = 499.62 W


serie FRM (conservación de género fresco), el modelo FRM-110 de capacidad nominal 1440

W con desescarche eléctrico y paso de aletas de 4.2 mm.

6.2. COMPRESOR

Haremos la selección del compresor a través del catálogo del fabricante, para este

equipo será FRASCOLD. Es necesario conocer los siguientes datos para su elección:

- Tipo de refrigerante utilizado

- Temperatura de evaporación más baja del refrigerante en todas las cámaras

- Temperatura de condensación del refrigerante

- Potencia frigorífica total de la instalación (W)


EUITN FEB-10 54

El tipo de refrigerante, ya mencionado anteriormente, será el R-404 (apto para cámaras

de baja temperatura y no dañino a la capa de ozono). La potencia frigorífica total es de

4357.65 W.

La temperatura de evaporación más baja corresponde a la cámara de congelados, así

pues sabemos: Tevap. Cong. = -32ºC; consideramos que existirá un recalentamiento de 3ºC

La temperatura de evaporación final será Tevap. = -32ºC + 3ºC = -29ºC.

Hemos considerado un recalentamiento de 3ºC, para verificar que todo lo que entra en

el compresor es el refrigerante en estado de vapor. Si se diera el caso de que entrara líquido,

correríamos un gran riesgo de explosión.

Con la potencia frigorífica total y la temperatura de evaporación entramos en las tablas

del fabricante FRASCOLD (consultar ANEXO C), el equipo elegido es el modelo S-5-33-Y

semihermético de 4 cilindros y 5 CV. Este modelo trabaja a unas condiciones de Tevap.= -35ºC

con 4740W. Montaremos dos equipos compresores para asegurarnos el funcionamiento de la

instalación aunque uno de ellos falle. De modo que mientras uno está trabajando, el otro

permanecerá en “stand by”.

6.3. CONDENSADOR

Se instalará un condensador multitubular marino de envolvente cilíndrica. Este tipo de

condensador es el más extendido. Está formado por un haz de tubos dispuestos de forma

paralela, cuyos extremos están fijados a unas placas tubulares. Los envuelve una carcasa

cilíndrica por cuyo interior circula el fluido frigorígeno.

Otra de las ventajas de este tipo de condensadores, es que requieren de poco espacio

para su instalación y pueden situarse en cualquier lugar.

A continuación describiremos el proceso seguido para la elección de nuestro

condensador.


EUITN FEB-10 55

Determinaremos la selección del condensador a partir del valor de G (cantidad de

agua de condensación necesaria en m3/h).

Q1 → calor total absorbido por el refrigerante en los recintos (Kcal/h)

Q2 → calor de compresión, que es aproximadamente igual al equivalente calórico por

la potencia en CV del motor necesario para mover el compresor.

Una vez conocido el valor de Qt podremos determinar G por medio de la siguiente

expresión:

Sabemos que 1Kw = 860 Kcal/h por lo tanto:

Q1 = 4357.65 = 3747.58 Kcal/h

Qt = 3747.58 + 3160 = 6907.58 Kcal/h Q2 = 5 CV * 632 = 3160 Kcal/h

G = Qt / Ce * (ts – te)

Anteriormente obtuvimos gráficamente ∆T = 7 entrando en las tablas con humedad

relativa del 80%, y como vimos la temperatura de condensación del refrigerante es de 50ºC.

Así pues tenemos que:

Qt = Q1 + Q2

Q2 = 632*Pot. Motor en CV (Kcal/h)

Qt = G * Ce * (ts – te)


EUITN FEB-10 56

∆T = temp. Cond. Refrigerante – temp. Salida del agua

Temperatura salida agua = 50 – 7 = 43ºC

G = 6907.58 / (43 – 32) = 627.96 l/h → 627.96 * 0.001 = 0.628 m3/h

Consultamos en el catálogo de condensadores multitubulares de agua marina C2-07-521, de la

empresa PECOMARK .

Para la selección del condensador, entramos con el caudal hallado anteriormente y

tomaremos el valor que lo sobrepase para agua de pozo, ya que este caso es muy similar a

nuestro sistema de condensación.

El condensador que mejor se ajusta a nuestra demanda es el modelo CR-14M.

Las características constructivas más destacables vienen detalladas en el mismo

catálogo de la empresa PECOMARK (consultar ANEXO C).

6.4. VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA

La empresa suministradora de las válvulas de expansión que montaremos en nuestra

instalación será ALCO-CONTROLS . El catálogo que emplearemos se encuentra en el

apartado de ANEXO C, dentro del catálogo se incluye el método de selección que a

continuación desarrollamos.

Es necesario partir de una serie de datos para la selección de las válvulas de expansión,

esos datos son:

- Temperatura de evaporación de las cámaras

- Temperatura de condensación del refrigerante

- Subenfriamiento

- Temperatura del refrigerante a la entrada de la válvula

- Potencia frigorífica requerida en la cámara

- Presión de evaporación del refrigerante (tabla p-h del R-404)


EUITN FEB-10 57

- Presión de condensación del refrigerante (tabla p-h del R-404)

Gracias a la siguiente expresión, seremos capaces de calcular la capacidad nominal de

la válvula, dato fundamental para entrar en el catálogo y seleccionar la válvula más acorde

con nuestro sistema frigorífico.

Ahora describiremos el significado de cada variable de la expresión:

- Qn es la capacidad nominal de la válvula de expansión en W.

- Q0 es la potencia frigorífica requerida en cada evaporador.

- K t es el factor de corrección que depende de la temperatura de entrada del

líquido en la válvula y de la temperatura de evaporación.

- K∆P es el factor de corrección que depende de la caída de presión entre la

presión de condensación y evaporación.

A continuación estudiaremos individualmente cada cámara frigorífica para seleccionar

de forma correcta las válvulas de expansión correspondientes:


Temperatura de evaporación = -32ºC

Temperatura de condensación = 50ºC

Grados de subenfriamiento = 5ºC

Temperatura de entrada del refrigerante en la válvula = 45ºC

Potencia frigorífica de la cámara = 1453.51 W

Presión de evaporación (diagrama p-h R-404) = 1.9 bares

Presión de condensación (diagrama p-h R-404) = 23.50 bares

Caída de presión (Pcond. – Pevap.) = 21.6 bares

Qn = Q0 * K t * K ∆P


EUITN FEB-10 58

Para obtener el factor de corrección Kt, sólo debemos dirigirnos al catálogo con la

temperatura de entrada a la válvula, más la temperatura de evaporación, y consultar cual es el

factor que corresponde. En nuestro caso K t = 2.95

Para el cálculo del factor de corrección K∆P es necesaria la caída de presión, con este

dato entramos en la tabla que adjunta el catálogo ALCO-CONTROL donde K∆P = 0.69

Qn = Q0 * K t * K ∆P = 1453.51*2.95*0.69 = 2958.62 W = 2.96 Kw

Seleccionamos del catálogo el modelo de válvula TIS(E) 4 SW de 4.07 Kw.

Cámara de pescados

Temperatura de evaporación = -30.4ºC





Presión de evaporación (diagrama p-h R-404) = 2 bares









EUITN FEB-10 59

Qn = Q0 * K t * K ∆P = 1096.19*2.95*0.69 = 2231.29 W = 2.23 Kw


Cámara de carne














Qn = Q0 * K t * K ∆P = 1061.15*2.95*0.69 = 2159.97 W = 2.16 Kw



EUITN FEB-10 60

Cámara de bebidas

Temperatura de evaporación = 3.9ºC













Qn = Q0 * K t * K ∆P = 1087.49*1.18*0.79 = 1000.92 W = 1.92 Kw


Antecámara






EUITN FEB-10 61


Presión de evaporación (diagrama p-h R-404) = 5.5 bares


Caída de presión (Pcond. – Pevap.) = 18 bares






Qn = Q0 * K t * K ∆P = 499.62*1.22*0.76 = 463.25 W = 0.46 Kw


PROYECTO FIN DE CARRERA 7. SELECCIÓN DE ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL

EUITN FEB-10 62

7. SELECCIÓN DE ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL

7.1. SEPARADOR DE ACEITE

Es necesaria la instalación de un separador de aceite por tres razones:

- Para mantener un nivel de aceite conveniente dentro del cárter del compresor

con el fin de asegurar la lubrificación de los órganos en movimiento;

- Para suprimir la acumulación imprevista de aceite en determinados lugares de

la instalación;

- Para mantener lo más baja posible la concentración de aceite con el fluido

frigorígeno.

El fabricante que hemos elegido para nuestro caso en particular, es INC-CASTEL .

Para la selección del separador de aceite debemos conocer la potencia total de la instalación y

la temperatura de evaporación de la cámara más fría.

La potencia frigorífica total es de 4349.13 W y la temperatura de evaporación es de -

32ºC. El modelo que más se adecua a nuestras necesidades es el 5540/4 con capacidad para

8.80 Kw.

7.2. FILTRO DESHIDRATADOR

En un circuito frigorífico perfectamente realizado, perfectamente estanco y

deshidratado antes de su puesta en servicio, no debería aparecer ninguna señal de humedad.

En la práctica, y después de cierto tiempo de funcionamiento, pueden aparecer señales

de humedad que perjudican al sistema.


EUITN FEB-10 63

Para evitar esos inconvenientes (para más información consultar capítulo de accesorios

y elementos de control) hemos seleccionado el modelo DCL 033, con conexión SAE/ODF de

3/8”.

7.3. VISORES DE LÍQUIDO

Serán instalados en las tuberías de líquido, lo que nos permitirá durante el curso de su

funcionamiento detectar la presencia de pompas de vapor en la tubería de líquido y el

contenido en humedad del refrigerante.

El modelo seleccionado es el 3710/33 de conexión SAE 3/8” del catálogo de la

empresa CASTEL.

7.4. MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN

Los modelos adoptados para nuestra instalación serán el modelo 825 BC/247 para el

manómetro de baja presión y el modelo 823 BC/247 para el de alta presión. La empresa

suministradora será PECOMARK , en cuyo catálogo (ANEXO C) se muestran las

características de los elementos seleccionados.

7.5. PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE

Instalaremos en el compresor un presostato diferencia de aceite para realizar la parada

del compresor en el caso de que no esté correctamente lubricado. Incorpora un temporizador

que retarda la puesta en marcha o paro del compresor.

El modelo elegido es el P30-5839 de tipo mecánico y retardo de 120 segundos. La

empresa suministradora es RANCO (consultar ANEXO C).


EUITN FEB-10 64

7.6. PRESOSTATOS DE ALTA Y BAJA

Del catálogo de JOHNSON CONTROLS hemos adoptado para nuestra instalación

los siguientes presostatos de alta y baja:

Modelo P77bca 9300 será el presostato de baja y el modelo P77BEA 9350 será el

presostato de alta.

7.7. VÁLVULAS DE RETENCIÓN

La válvula de retención tiene por objetivo impedir la circulación a contracorriente del

sentido normal de circulación, bien sea de fluido frigorígeno o cualquier otro fluido.

Para nuestra instalación frigorífica utilizaremos el modelo de válvula de globo

3122/11 de CASTEL . Para evitar los golpes de líquido en la descarga de los compresores

durante las arrancadas instalaremos las válvulas de retención modelo NRV 10-S del catálogo

de DANFOSS.

7.8. VÁLVULAS DE SEGURIDAD

Las válvulas de seguridad permanecerán normalmente en posición de cierre, hasta que

se alcance una presión determinada llamada presión de “timbre”. Irán montadas en los

condensadores para protegerlos de un aumento excesivo de la presión ocasionado por una

diferencia en la condensación del refrigerante. Otra se colocara antes del recipiente de líquido,

que evitara la fuga del líquido.

Hemos adoptado el modelo FACR/01-14-27R del catálogo FAVRE con tarado para

27.5 bares.


EUITN FEB-10 65

7.9. VÁLVULA SOLENOIDE

Hemos seleccionado el modelo 200RB 3T3 M del catálogo EMERSON.

7.10. TERMÓMETROS

La temperatura de cada cámara será indicada por termómetros analógicos de esfera,

colocados encima de la puerta de entrada de la antecámara.

Seleccionamos el termómetro del catálogo PECOMARK , modelo F87R de 100 mm

de diámetro, de montaje plano con aro de color negro con escala de temperatura de -40 ºC a

+40ºC y división de 1/1 ºC.

7.11. VÁLVULAS DE MANUALES DE CIERRE

Nos serán de ayuda para abrir y cerrar el paso de refrigerante en las líneas de líquido,

descarga y aspiración.

Para la línea de líquido y salida de agua de condensación hemos elegido el modelo

GBC 12s de DANFOSS, y para la línea de aspiración del compresor el modelo GBC 10s del

mismo fabricante.

7.12. TERMOSTATOS DE AMBIENTE

Su finalidad es la de regular la temperatura de una superficie fría o de un ambiente frío

entre dos límites prefijados, todo lo próxima posible a la temperatura real que se desea

obtener.

Montaremos para todas las cámaras el modelo de termostato con bulbo TS1-B2A de

ALCO con un rango operativo de -30/+15 con selector de Marcha/Paro.


EUITN FEB-10 66

7.13. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL DE AGUA DE CONDENSACIÓN

Consigue que la presión de condensación se mantenga constante dosificando el flujo

de agua que entra en el condensador en función de las necesidades del mismo.

Hemos elegido el fabricante DANFOSS en cuyo catálogo encontramos el modelo

seleccionado WVFX10.

7.14. VÁLVULAS REGULADORAS DE LA PRESIÓN DE EVAPORACIÓN

Su montaje se hará a la salida de la antecámara y cámara de bebidas. Permiten

mantener la presión de evaporación por encima de la presión previamente determinada para

aspiración común en una instalación con sistemas de diferentes temperaturas, como es nuestro

caso.

Seleccionamos el modelo KVP15 del catálogo de DANFOSS.

7.15. VÁLVULA REGULADORA DE LA PRESIÓN DE ASPIRACIÓN

Limita la presión de aspiración a la entrada del compresor a un valor máximo

determinado y protege al compresor contra sobrecargas.

El modelo elegido es el KVP-35 de DANFOSS con capacidad de 7.7 Kw para el

refrigerante R-404.

7.16. RECIPIENTE DE LÍQUIDO

Para evitar inconvenientes en el servicio de nuestra instalación es necesario constituir

una reserva de refrigerante líquido entre el condensador y el evaporador.


EUITN FEB-10 67

Esta acumulación de líquido refrigerante se constituye en el interior de un recipiente

en el que puede depositarse el líquido formado por el condensador.

Según el Reglamento de Seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas, el

recipiente de líquido deberá ser como mínimo 1,25 veces la capacidad del mayor evaporador

de la instalación.

Del catálogo PECOMARK seleccionamos el modelo RL-15-H apto para el

refrigerante R-404 a y 4.8 Kw a -25ºC.

PROYECTO FIN DE CARRERA 8. DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS DE LA INSTALACIÓN Y DE LA BOMBA DE AGUA

EUITN FEB-10 68

8. DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS DE LA INSTALACIÓN Y DE LA BOMBA DE AGUA

8.1. CÁLCULO DE LA BOMBA DE AGUA DE CONDENSACIÓN

8.1.1. Introducción

La bomba de condensación tiene como función impulsar el agua salada hacia las

unidades de condensación. Esta agua salada facilitará la condensación del fluido refrigerante

transformándolo de nuevo en líquido.

Hemos considerado que el suministrador de la bomba será EBARA España Bombas

S.A., empresa de gran prestigio y líder mundial en la fabricación de maquinaria y sistemas

para manipulación de fluidos.

En la selección de la bomba es fundamental conocer el caudal requerido por la unidad

condensadora (m3), y la altura de elevación expresada en mcl.

Es necesario, en primer lugar, la dimensión de la tubería de agua salada de

condensación. Para ello debemos consultar la siguiente tabla perteneciente la norma A 49-112

Tabla 8.1. Diámetros normalizados para tuberías de acero de media presión


EUITN FEB-10 69

8.1.2. Cálculo de la línea de agua de condensación

Debemos fijar en primer lugar el caudal de agua que requiere nuestro condensador (0.8

m3/h), así como la sección de la tubería de entrada de agua al mismo (3/4” que equivalen a

21.3 mm de diámetro exterior).

Q = V * S → V = Q / S

- Q es el caudal expresado en m3/s.

- S es la sección interior de la tubería expresada

Q = 0.8 m3/h = 2.22 x 10-4 m3/s.

S = (21.3-2e/2)2 * ∏ = 2.35 x 10-4 m

V = 2.22 x 10-4 m3/s / 2.35 x 10-4 m = 0.945 m/s.

En toda línea de tubería existen inevitablemente pérdidas de carga, las podemos

calcular mediante la expresión que viene a continuación:

Siendo:

- f → factor de corrección

- L → longitud de línea = 10 m

- v → velocidad del fluido = 0.945 m/s.

- D → diámetro exterior de la tubería = 0.021 m

- g → constante de gravitación universal = 9.8 m/s

El factor de corrección depende a su vez de dos factores: la rugosidad relativa y el

número de Reynolds.

∆P1 = f * L * v 2 / 2Dg


EUITN FEB-10 70

La expresión que calcula la rugosidad relativa viene dada por:

- K es el coeficiente del acero = 0.05

- D es el diámetro de la tubería = 21.3 – 2e = 17.3 mm.

Sustituyendo los datos y operando:

RRELATIVA = 0.05/17.3 = 2.89 x 10-3

Y el número de Reynolds viene dada por esta otra:

- V es la velocidad del fluido = 0.945 m/s.

- D es el diámetro del interior de la tubería = 17.3 x 10-3 metros

- v, viscosidad cinemática del agua = 0.12 x 10-5 m2/s.

RE = (0.945 * 17.3 x 10-3) / 0.12 x 10-5 = 13.623 x 103

Con los datos obtenidos entramos en el Diagrama de Moody (consultar ANEXO B)

para obtener el coeficiente de fricción.

Para valores de rugosidad relativa (2.89 x 10-3) y número de Reynolds (13.623 x 103)

obtenemos un coeficiente de fricción de 0.033 aproximadamente.

Ya con todos los datos necesarios calculados procederemos a resolver las pérdidas de

carga de la tubería.

∆P1 = 0.033 * 10 * (0.945)2 / 2 * 0.021 * 9.8 = 3.2 m

RRELATIVA =K / D

RE = (V*D) / v


EUITN FEB-10 71

Debemos tener en cuenta otro tipo de pérdidas de carga que son inevitables.

Consideramos una pérdida de carga ∆P2 = 0.5 m. a causa del condensador, y pérdidas

ocasionadas por válvulas y accesorios que se encuentran durante el recorrido de ∆P3 = 2 m.

Por tanto, la altura total manométrica será la suma de todas estas pérdidas.

A.T.M . = ∆P1 + ∆P2 + ∆P3 = 3.2 + 0.5 + 2 = 5.7 m

8.1.3. Selección de la bomba

La selección de la bomba según el catálogo de nuestro suministrador (EBARA S.A.),

se efectúa con el valor del caudal en l/min. Tenemos un caudal de 0.8 m3/h, pasando las

unidades a las requeridas obtenemos 13.3 l/min.

La bomba que mejor se adapta a nuestras condiciones de servicio es el modelo CD M

70/05.

8.2. CARACTERÍSTICAS, CÁLCULO Y DETERMINACIÓN DE LAS TUBERÍAS

8.2.1. Características de las tuberías

El material empleado para la fabricación de las tuberías de la instalación será el cobre.

Las tuberías de este material se fabrican según dimensiones normalizadas y cuyas

dimensiones son expresadas tradicionalmente en pulgadas.

Las dimensiones técnicas usuales se recogen en la tabla que se muestra a continuación:


EUITN FEB-10 72

Tabla 8.2. Diámetros normalizados de tubería de cobre para refrigeración

Para disminuir al máximo la pérdida de carga en el conjunto, lo más conveniente es

reducir las distancias entre los distintos elementos que componen la planta (compresores,

evaporadores, condensadores y recipientes).

A continuación describiremos las líneas principales de tuberías que componen la

instalación:

- Línea de líquido → une el condensador con el evaporador, el refrigerante se

encuentra en estado líquido antes de su evaporación a la entrada del

evaporador.

- Línea de aspiración → une evaporador y compresor, lleva refrigerante en

estado gaseoso.

- Línea de descarga → une compresor con condensador, el refrigerante circula

en estado gaseosos a presión elevada.

Según el libro “Instalaciones frigoríficas. Tomo II” las pérdidas no deben superar los

siguientes valores máximos admisibles.

TIPO DE TUBERÍA Pérdida de carga máxima admisible (bar)

Aspiración 0.035 – 0.07

Descarga 0.150

Líquido 0.350


EUITN FEB-10 73

8.2.3. Cálculo y determinación del diámetro de las diferentes tuberías

8.2.3.1. Línea de líquido

El procedimiento a seguir para determinar el diámetro de tubería es el siguiente:

Primero seleccionamos un diámetro, con este más la potencia frigorífica y la

temperatura de condensación consultamos en las gráficas de pérdidas de carga y velocidad del

refrigerante R-404 A (consultar ANEXO B).

Obtenidos los valores de pérdidas de carga, podremos comprobar si la elección del

diámetro es la correcta.

Diámetro seleccionado = 1/2”

Potencia Frigorífica Temperatura

condensación

Pérdida máxima admisible

4349.13 Kw 50ºC 35 KPa

Pérdidas de carga por metro = 0.16 KPa/m

Para comprobar si la elección ha sido la correcta tendremos que calcular la longitud

total de tubería recta que tenemos en línea contando con los accesorios.

Tabla 8.3. Largos equivalentes de accesorios del mismo diámetro que el tubo en m.


EUITN FEB-10 74

Longitud de tramo recto = 15 m

5 codos de 90º = 1.5 m ∑ = 26.1 m

3 Tes de paso recto = 0.6 m

3 válvulas de paso = 9 m

Pérdida real de carga = 26.1 * 0.16 = 4.176 KPa

4.176 KPa < 35 KPa por lo tanto la elección de nuestro diámetro es CORRECTA

Velocidad = 1.8 m/s VALIDA

Finalmente podemos asegurar, una vez ya comprobado, que el diámetro será de 1/2"

8.2.3.2. Línea de aspiración

El procedimiento es idéntico al anterior, sólo varían los valores admisibles y que se

tendrá en cuenta la temperatura de evaporación (- 29ºC) cuando entremos en la gráfica.


condensación


4349.13 Kw 50ºC 3.5 – 7 KPa

Diámetro seleccionado = 1-3/8”


Comprobamos si el diámetro elegido es el adecuado:

Longitud de tramo recto = 11.5m

3 codos de 90º = 2.4 m ∑ = 44.8 m

4 Tes de paso recto = 2.4 m

3 válvulas de paso = 28.5 m


EUITN FEB-10 75


2.733 KPa < 3.5-7 KPa la elección del diámetro para nuestra instalación es

CORRECTA

Velocidad = 5.9 m/s VALIDA

Podemos asegurar, una vez ya comprobado, que el diámetro será 1-3/8”

8.2.3.3. Línea de descarga

Diámetro seleccionado = 5/8”


condensación


4349.13 Kw 50ºC 15 KPa


Comprobamos si el diámetro elegido es el adecuado:

Longitud de tramo recto = 3 m

2 codos de 90º = 0.7 m ∑ = 3.7 m


2.479 KPa <15KPa la elección del diámetro para nuestra instalación es CORRECTA

Velocidad = 6 m/s VALIDA

Podemos asegurar, una vez ya comprobado, que el diámetro será 5/8”

PROYECTO FIN DE CARRERA 9. PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN

EUITN FEB-10 76

9. PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN

9.1. INTRODUCCIÓN

En este capítulo recogeremos todos los elementos que han intervenido en la formación

de la instalación, tomando como base los precios de venta que facilitan las empresas

suministradoras.

El presupuesto estará dividido en diferentes apartados, de esta forma obtendremos una

mayor transparencia y claridad a la hora de su consulta.

9.2. AISLAMIENTOS Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LAS CÁMARAS

CONCEPTO FABRICANTE MODELO CANTIDAD TOTAL

Panel frigorífico tipo sándwich

poliuretano de 60 mm.

HUURRE HI-F 40 m2 1200 €










Puertas pivotantes

INFRACA IF-INOX 4 4933 €

Puertas correderas

INFRACA IF-NOX 1 1533 €

TOTAL PRESUPUESTO 1 13081 €


EUITN FEB-10 77

9.3. ELEMENTOS DEL EQUIPO PRINCIPAL

CONCEPTO FABRICANTE MODELO CANTIDAD TOTAL Evaporadores

cámara de conservación

FRIMETAL FRL-90 2 1804 €

Evaporadores cámara de

conservación FRIMETAL FRM-110 1 713 €


conservación FRIMETAL FRA-150 1 722 €


conservación FRIMETAL FRB-160 1 1264 €

Compresor FRASCOLD S-5-33-Y 2 6516 €

Condensador PECOMARK CR-14M 2 957 €

Válvula de expansión

termostática

ALCO-CONTROLS

TIS(E) 0 SW 1 51.31 €


termostática

ALCO-CONTROLS

TIS(E) 3 SW 3 153.93 €


termostática

ALCO-CONTROLS

TIS(E) 4 SW 1 51.31 €

Bomba de agua EBARA CDM 70/05 2 386 €

TOTAL PRESUPUESTO 2 12618.55 €


EUITN FEB-10 78

9.4. ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL


Separador de Aceite

INC-CASTEL 5540/5 2 208 €

Filtro deshidratador

DANFOSS DCL 033 1 9.35 €

Visor de líquido CASTEL 3710/33 1 27 €

Manómetro de Alta

PECOMARK 823BC/247 2 16.80 €

Manómetro de Baja

PECOMARK 825BC/247 2 16.80 €

Presostato diferencial de

Aceite RANCO P30-5839 2 189.80 €

Presostato de Alta JOHNSON-CONTROLS

P77 BEA 9350 2 76.25 €

Presostato de Baja JOHNSON-CONTROLS

P77 BCA 9300 2 73.55 €

Válvulas de Retención

DANFOSS NRV 10-S 2 32.50 €

Válvulas de Retención

CASTEL 3122/11 2 286 €

Válvulas de Seguridad

FAVRE FACR/01-14-

27-R 2 160.50 €

Válvulas Solenoides

EMERSON 200RB 3T3M 5 200.25 €

Termómetros PECOMARK F87R 5 175 €

Válvulas de cierre manual

DANFOSS GBC (12S-10S) 11 362.56 €


EUITN FEB-10 79

Termostatos de Ambiente

ALCO TS1-B2A 5 230.90 €

Válvulas Reguladoras de Condensación

DANFOSS WYFX-10 2 318.78 €

Válvulas Reguladoras de

Evaporación DANFOSS KVP-15 2 231.5 €

Válvulas Reguladoras de

Aspiración DANFOSS KVL-3 2 462.20 €

Recipiente Líquido

PECOMARK RL-15-H 1 51.66 €


9.5. VARIOS


Tubería de Líquido

CAMBRIDGE-LEE 1/2” 30 m 120.35 €

Tubería de Aspiración

CAMBRIDGE-LEE 1-3/8” 25 m 281.25 €

Tubería de Descarga

CAMBRIDGE-LEE 5/8” 10 m 56.50 €

Refrigerante DUPONT HP-62 40 Kg 132 €

Hachas ERRO-FRIO H-MC 5 273.50 €

Detector Refrigerante

JOHNSON-CONTROLS

GD20-HFC 1 35.50 €



EUITN FEB-10 80

9.6. MANO DE OBRA

CONCEPTO CANTIDAD PRECIO HORA TOTAL

Mano de Obra 168 horas

(3 operarios 7 días) 25 € 4200 €


9.7. INGENIERÍA

CONCEPTO CANTIDAD PRECIO HORA TOTAL

Ingeniería 120 horas

(1 persona 15 días) 50 € 6000 €


9.8. PRESUPUESTO TOTAL

El presupuesto total de la instalación frigorífica, será la suma de cada uno de los

presupuestos descritos anteriormente. Por lo tanto:

PTOTAL = 39926.05

PTOTAL = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6

PROYECTO FIN DE CARRERA CONCLUSIONES

EUITN FEB-10 81

CONCLUSIONES

Hoy en día nos parece muy común la utilización del frío en nuestra vida cotidiana. La

primera aplicación que se nos viene a la mente es la de conservación de alimentos para el

consumo, aunque en la actualidad el frío se utiliza para muchas otras funciones como la

conservación de medicamentos, plasma sanguíneo, acondicionamiento de viviendas o su

intervención dentro de los diferentes campos de la ingeniería.

En definitiva la ingeniería del frío se compone básicamente de física y tecnología.

Cabe esperar que en los años venideros se produzcan mejoras y avances tecnológicos, por lo

que aún veremos hasta donde podemos beneficiarnos de su utilización.

Por último, reseñar que para la realización de un estudio como el presente es

imprescindible un cálculo correcto del balance térmico de la instalación. De él depende

posteriormente la selección de los equipos a montar y el buen funcionamiento del sistema.

PROYECTO FIN DE CARRERA BIBLIOGRAFÍA

EUITN FEB-10 82

BIBLIOGRAFÍA

o Instalaciones Frigoríficas. P.J Rapin, P.Jacquard.Mancombo 1997

o Ingeniería del Frío: Teoría y Práctica. María Teresa Sánchez AMV Ediciones 2001.

o Manual de Instalaciones Frigoríficas. Joan Balboa. CEYSA 2002

o Cámaras Frigoríficas y Túneles de Enfriamiento rápido. Pablo Melgarejo.AMV

Ediciones. 2000

o Reglamento Técnico-Sanitario sobre condiciones de almacenamiento frigorífico de

alimentos y productos alimentarios

o ASHRAE Handbook, Fundamentals 1997 SI Edition, Ed. ASHRAE (1997).

o Reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas

o Ingles Técnico Naval. Elena López Torres. UCA

o Calor y Frío Industrial I y II. .Juan A de Andrés y Rodríguez. UNED

o Colección de Tablas y Graficas de Tecnología Frigorífica. Juan Francisco Coronel

Toro. Universidad de Sevilla. 2004

o Cálculos en Instalaciones Frigoríficas. PINAZO OJER, J.M 1ª ed. Servicio de

Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia (1995)

o Industrial Refrigeration Handbook. STOECKER, W.F 1st ed. McGraw Hill (1998)

o http://www.typrefrigeracion.com

o http://www.tecnicsuport.com

o http://www.tanehermetic.com

o http://www.cargouniformes.com

o http://www.frimetal.es

o http://www.totaline.es

o http://www.scribd.com/doc/17272444/Coleccion-Tablas-Graficas-Refrigeracion

o http://www.ebara.es

o http://www.grupodisco.es

o http://www.pecomark.com

o http://www.apipna.com

o http://www.armada.mde.es/ArmadaPortal/page/Portal/ArmadaEspannola/buques_prin

cipal/

PROYECTO FIN DE CARRERA ANEXO A

EUITN FEB-10 83

ANEXO A

PROYECTO FIN DE CARRERA EL FRÍO

EUITN FEB-10 84

CAPÍTULO 1: EL FRÍO

1.1. REFRIGERACIÓN

Se define refrigeración como cualquier proceso de eliminación de calor. De una forma

más específica, la refrigeración es la rama de la ciencia que estudia los procesos de reducción

y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material por debajo de la temperatura

ambiente que lo rodea.

1.2. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO

La producción de frío se basa en mantener un foco frío a una determinada temperatura

y que ésta sea baja, para lo que será necesaria una continua extracción de calor del foco que

queremos mantener a una baja temperatura. Los sistemas empleados para eliminar el calor

cedido al foco frío se basan en propiedades tanto químicas como físicas.

Procedimientos químicos.- Están basados en el uso de determinadas mezclas y

disoluciones que absorben calor del medio que las rodea; se trata de procesos no continuos, de

nulo interés y aplicación prácticos, sólo aptos para determinados trabajos de laboratorio.

Procedimientos físicos.- Se puede conseguir un descenso de temperatura mediante

procesos físicos, como la expansión de un fluido en expansores y en válvulas de

estrangulamiento, fundamento de las actuales máquinas industriales de producción de frío;

este tipo de sistemas admite la siguiente clasificación:

Sistemas basados en el cambio de estado de una sustancia.- En estos sistemas

interviene el calor latente del cambio de estado y se puede hacer la siguiente subdivisión:

- Por fusión, en que la producción de frío, o lo que es lo mismo, la sustracción de calor

a la carga a refrigerar, se utiliza para pasar a una sustancia del estado sólido al de líquido; está


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muy extendida la fusión del hielo, o de mezclas eutécticas, que al cambiar de estado captan

calor del entorno.

- Por sublimación, en que el paso se efectúa de sólido a gas mediante la adición de

calor, siendo el ejemplo más representativo el anhídrido carbónico, para la producción de

nieve carbónica.

- Por vaporización, en donde se engloban todos los procesos en los que un líquido

pasa a fase de vapor al suministrársele una cierta cantidad de calor, pudiéndose distinguir dos

casos:

Circuito abierto (vaporización directa), en donde el fluido capta el calor de la

carga a enfriar y una vez ha modificado su estado ya no se vuelve a utilizar; este es el caso de

algunos transportes que utilizan nitrógeno como medio de producción de frío.

Circuito cerrado, en que a diferencia del anterior, el fluido se recupera con vistas a

ser utilizado en un proceso cíclico.

Como característica general de estos métodos, hay que hacer un aporte de energía al

sistema y utilizar fluidos que vaporicen a baja presión

Sistemas basados en la expansión adiabática de un fluido gaseoso

En estos sistemas se consigue el enfriamiento del mismo, mediante dos tipos de

máquinas:

a) Para la producción de aire líquido, (efecto Joule-Thomson)

b) Las máquinas refrigeradoras de aire, en las que el aire comprimido al

expansionarse en un expansor (turbina o cilindro de trabajo), se enfría, realizando al mismo

tiempo un trabajo, que puede ser aprovechado para la compresión del aire.

Sistemas basados en la elevación de la temperatura de un fluido frigorígeno.- En

estos sistemas se utiliza un fluido frigorígeno (salmuera) que previamente se ha enfriado por

algún tipo de procedimiento; durante el enfriamiento de la salmuera no se produce cambio de


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estado en la misma, ni tampoco cuando ésta capta calor del producto a enfriar, por lo que el

calor eliminado de la carga lo toma la salmuera en forma de calor sensible.

Métodos especiales.- Existen otros métodos en los que la producción de frío se obtiene

por técnicas distintas de las anteriormente descritas, pudiéndose enunciar, entre otras, las

siguientes:

Efecto Peltier (Termoeléctrico).- Este método está basado en el fenómeno que tiene

lugar al pasar la corriente eléctrica por un circuito compuesto por dos conductores distintos,

unidos por un par de soldaduras.

Al pasar la corriente eléctrica por el circuito, una de las uniones se enfría, pudiéndose

utilizar como fuente fría, mientras que la otra se calienta.

Efecto Haas-Keenson.- Es un método que permite alcanzar temperaturas próximas a

0°K, menores de 0,001°K, mediante la desimantación de una sal paramagnética. El proceso de

descenso de la temperatura se inicia enfriando previamente la sal mediante helio líquido; una

vez alcanzado el nivel térmico deseado, se somete a la sal a la acción de un campo magnético

muy potente que orienta sus moléculas, lo que origina un desprendimiento de calor que se

elimina a través del gas licuado; una vez conseguida la eliminación del calor se aísla la sal y

se desconecta el campo magnético, con lo que las moléculas de la sal vuelven a su estado

inicial, para lo que se requiere un trabajo que, por estar la sal completamente aislada, lo

obtiene de su propia energía interna ocasionando un descenso en la temperatura hasta los

límites mencionados.

Efecto Ettingshausen (Termo-magneto-eléctrico).- Según este método, cuando por un

conductor circula una corriente eléctrica, en presencia de un campo magnético perpendicular

al mismo, el material del conductor se ve afectado por la presencia de un gradiente de

temperaturas que se produce en dirección perpendicular a la de los campos, de forma que uno

de los extremos del conductor absorbe calor, mientras que el otro lo desprende.

Efecto de Ranke-Hilsh (Torbellino).- Cuando una corriente de aire comprimido se

inyecta tangencialmente a velocidad sónica en una cámara tubular, se crea un movimiento

circular ciclónico, observándose un enfriamiento del aire en la zona cercana al eje del


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cilindro, fenómeno que es debido a la expansión de este aire y al descenso de temperatura que

provoca; el aire situado en la periferia experimenta un calentamiento. Es un proceso apenas

utilizado, restringido al acondicionamiento de equipos y trajes de trabajo en ambientes tóxicos

y cálidos.

Clasificación

Las máquinas frigoríficas se pueden clasificar, según el sistema utilizado para la

recogida de vapores, en la siguiente forma:

Máquinas de adsorción, en las que los vapores son captados mediante un absorbente

sólido.

Máquinas de absorción, en las que los vapores que se forman, añadiendo calor al

sistema, son absorbidos y recuperados mediante un absorbente líquido.

Máquinas de compresión, en las que los vapores son aspirados y comprimidos

mediante un compresor y licuados en un condensador; los compresores pueden ser de émbolo

o rotativos, con o sin refrigeración intermedia. Los equipos frigoríficos a base de compresores

de émbolos y funcionamiento automático, son los que se utilizan casi exclusivamente en los

frigoríficos industriales.

Máquinas de eyección, en las que los vapores son arrastrados por el efecto Venturi

que genera el paso de otro fluido a gran velocidad.

PROYECTO FIN DE CARRERA TEORÍA DE LA REFRIGERACIÓN

EUITN FEB-10 88

CAPÍTULO 2: TEORÍA DE LA REFRIGERACIÓN

2.1. SISTEMA DE UNIDADES. MAGNITUDES FÍSICAS

2.1.1. Sistema Internacional

El sistema Internacional de unidades o S.I. es un sistema de medida métrico decimal

con siete unidades de base. Este sistema, preconizado por G. Giorgi en 1901, comporta en

efecto siete magnitudes fundamentales y, como consecuencia siete unidades de base: Espacio,

Materia, Tiempo (Magnitudes tradicionales), Intensidad eléctrica, Temperatura

termodinámica, Cantidad de materia, Intensidad luminosa.

En la siguiente tabla, veremos las unidades que más nos interesan para la ejecución de

cálculos en este proyecto.

DESIGNACIÓN SISTEMA MÉTRICO SISTEMA S.I.

Temperatura ºC ºK ºC

Fuerza Kilopond Newton

Presión Atmosf/Atmosf. Abs

Atmosf manum. Mm Hg.

Pascal

Bar Trabajo Kpm, Kcal Julio

Potencia Hp, Kcal/h Watio

Entalpía Kcal/Kg Julio/Kg

Tabla 4.1.

Presión

La presión se define como la relación entre la fuerza ejercida y el tamaño del área.

Esta se mide en diferentes unidades dependiendo del propósito de la medida. De estas

unidades el Kg/cm2 es en el sistema métrico, la más común. Esta unidad es a menudo

abreviada en "at" que define una atmósfera técnica.


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Normalmente la presión de aire es de 1,033 Kg/cm2 y se le llama atmósfera física, el

término abreviado es "atm". Diferentes denominaciones de presión se obtendrán dependiendo

del punto cero que se escoja.

Si se usa el cero absoluto entonces la denominación será "ata" de donde la "a" indica

absoluta. Esta unidad es la que más frecuentemente se utiliza en refrigeración, sin embargo a

menudo puede verse "ato" en los manómetros. "Ato" es válido para sobrepresiones referidas a

la atmósfera física. Entonces el punto cero corresponde a 1 atm. y 1,033 ata.

Otra unidad de medida de presión que frecuentemente podemos encontrar es la de mm

columna de mercurio. La presión de aire corresponde a 760 mm Hg. a lo que corresponde

también 1 atmosfera y 1,033 ata.

Finalmente en relación con las bombas de circulación de agua se encuentra la

denominación "metro de columna de agua". La abreviación es m.c.a y 10 m.c.a corresponden

a 1 ata, y 10,33 m.c.a a 1 atm

La unidad de presión en el sistema Si es el Newton/m2, también llamado Pascal (Pa).

De aquí que ésta unidad representa un valor muy pequeño referido a presión, por ejemplo, en

refrigeración, la unidad 1 bar = 105 Pa se usa en vez del Pascal. Afortunadamente, 1 at =

0,9807 bar y aprox. igual a 1 bar, esto hace que en la práctica es a menudo posible utilizar las

mismas unidades de presión tanto en el sistema Si ó en el sistema métrico.

Calor

El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros

tipos de energía en energía de Calor; por ejemplo, la energía Mecánica que opera una rueda

causa fricción y crea calor.

Calor es frecuentemente definido como energía en tránsito, porque nunca se mantiene

estática, ya que siempre está transmitiéndose desde cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La

mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol.


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Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfría; una cuchara

sumergida en café caliente absorbe el calor del café y se calienta. Sin embargo, las palabras

“Más Caliente” y “Más Frío”, son sólo términos comparativos.

Medida de Calor

La medida de la temperatura no tiene ninguna relación con la cantidad de calor. La

llama de un fósforo puede tener la misma temperatura que una hoguera, pero obviamente la

cantidad de calor que despide es totalmente diferente.

La unidad básica para medir calor usado en nuestro país, es la caloría que se define

como la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua 1 ºC.

Por ejemplo, para aumentar la temperatura de un litro de agua de 95 a 100 ºC, se requieren

5000 calorías, (Un litro de agua pesa 1000 gramos) luego:

1000 x (100 – 95) = 5000 calorías

Sin embargo, la unidad de calor empleada comúnmente es la Kilo-Caloría (KCAL)

que equivale a 1.000 calorías y que pueden ser definidas como la cantidad de calor necesaria

para elevar la temperatura de un Kg de agua, un grado centígrado.

Movimiento molecular

Toda la materia se compone de pequeñas partículas llamadas moléculas y la estructura

molecular de la materia puede posteriormente romperse en átomos. Cuando se aplica energía

calorífica a una sustancia, se incrementa la energía interna de las moléculas, lo cual aumenta

su desplazamiento o velocidad de movimiento; hay también un incremento en la temperatura

de la sustancia.

Cuando se retira calor de una sustancia se presenta una disminución en la velocidad

del movimiento molecular y también un descenso en la temperatura de la sustancia.

Cambios de estado

Cada sustancia puede existir en tres formas diferentes: sólida, líquida y gaseosa.

Cuando una sustancia sólida se calienta, el movimiento molecular es principalmente en la


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forma de rápido movimiento vibratorio, no desplazándose nunca las moléculas de su posición

normal u original. Pero en alguna temperatura dada, una sustancia en particular, la adición

posterior de calor, no necesariamente incrementará el movimiento molecular dentro de la

sustancia; en su lugar, el calor adicional causará que algún sólido se fusione (cambia a

líquido). Así el calor adicional causa un cambio de estado en el material.

Es así como el calor puede cambiar la temperatura y el estado de las substancias y

también puede ser absorbido aún cuando no exista cambio de temperatura, como cuando un

sólido cambia a líquido, o cuando un líquido se cambia a vapor. Cuando el vapor se vuelve

líquido, o cuando el líquido vuelve a transformarse en sólido, se despide la misma cantidad de

calor.

El ejemplo más común de este proceso es el agua, que existe como líquido y que

puede existir como sólido forma de Hielo y como Gas cuando se trasforma en Vapor.

Como el hielo, que es una forma de refrigeración, absorbiendo calor mientras se

derrite a una temperatura constante de 0ºC (32ºF). Si se coloca agua en un recipiente abierto y

se pone al fuego, su temperatura aumentará a la temperatura de ebullición o sea 100ºC al nivel

del mar (212ºF). Sin importar la cantidad de calor aplicado, la temperatura no puede subir más

de 100ºC, porque el agua se estaría evaporando constantemente. Si este vapor pudiera ser

retenido en el recipiente evitando la ebullición y se continuará agregando calor, entonces la

temperatura podría nuevamente aumentarse. Obviamente, el proceso de evaporación o

ebullición estará absorbiendo el calor y manteniendo la temperatura a 100ºC.

Cuando el vapor se condensa nuevamente formando agua, despide exactamente la

misma cantidad de calor que absorbió al evaporarse. Si el agua se congela, debe extraerse la

misma cantidad de calor que fue absorbida en el proceso de descongelamiento por medio de

algún proceso para la congelación.

Generalmente se confunde la palabra refrigeración con frío y con enfriamiento; sin

embargo, la práctica de la ingeniería de refrigeración, trata casi enteramente con la

transmisión de calor.


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La temperatura y la presión a que está expuesta una sustancia, determina si está en

forma sólida, liquida o gaseosa. La temperatura a la cual una sustancia sólida se convierte en

líquido se llama punto de fusión. Durante la fusión la temperatura de la sustancia no cambia,

todo el calor aplicado se emplea en cambiar la sustancia de sólida a líquida. Solo cuando la

sustancia se ha fusionado si se aplica un calor adicional su temperatura interiormente se

elevará. Sustancias diferentes tienen distintos puntos de fusión, por ejemplo: el chocolate se

funde a 26°C.

El cambio de estado se realiza a temperatura constante.

El cambio del estado implica un aumento grande de calor por Kg. de sustancia.

Calor específico

El Calor específico de una sustancia es su capacidad relativa de absorber o ceder calor

tomando como base la unidad de agua pura, y se define como la cantidad de Kilocalorías o

(BTU) necesarias para aumentar o disminuir la temperatura de un Kilo o (libra) de cualquier

sustancia en 1ºC o (1ºF). Por definición, el calor específico del agua es 1,0 pero la cantidad de

calor necesaria para aumentar o disminuir la temperatura de otras substancias varía.

Calor de evaporación

Dado que las características del agua son fáciles de observar y dado que el agua es el

mejor refrigerante, esto ha determinado utilizarlo como ejemplo, en este apartado.

Ilustración 4.1.

Cuando el agua se calienta, su temperatura se eleva proporcionalmente hasta que

empieza a hervir, su punto de ebullición depende de la presión que se ejerza sobre el agua. En


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un recipiente abierto, a la presión atmosférica normal y al nivel del mar 760 mm. de columna

de mercurio, el agua hierve a 100°C.

Si la presión desciende por debajo de la presión atmosférica, el punto de ebullición

será más bajo que 100°C.

Por ejemplo a una presión de 531 mm.Hg (equivalente a 3000 m. por encima del nivel

del mar) el punto de ebullición del agua es de 89°C.

En un recipiente cerrado, el punto de ebullición es determinado por la presión del

vapor. Si la presión es superior a 760 mm. Hg el punto de ebullición será mayor de 100°C.

Por ejemplo, el punto de ebullición del agua es de 120°C, cuando la presión es 1.atm y 183°

cuando la presión es de 10 atmósferas. Este principio se usa en las ollas a presión.

E1 agua en su punto de ebullición se le llama también líquido saturado y

consecuentemente, el punto de ebullición es también conocido como temperatura de

saturación.

A cualquier presión dada, le corresponde un punto de ebullición o una temperatura de

saturación y los valores para el agua se contienen en la tabla que se da a continuación:

Presión Temperatura Presión Temperatura

Ata °C bar °C

0,2 60 2,0 120

0,4 75 4,0 143

0,6 86 6,0 158

0,8 93 8,0 170

1,0 99 10,0 179

Tabla 4.2. Presión-Temperatura

La cantidad de energía suministrada para llevar a un líquido a su punto de ebullición y

que se evapore, se llama calor de evaporación la presión atmosférica (760 mm. de Hg), la


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cantidad de energía requerida para evaporar 1 Kg. de agua a 100°C y convertirlo en vapor a

100°C de temperatura es de 539 KCal. (2.260 KJ). En el caso del agua, se forma un Kg. de

vapor saturado seco. Si solo se aplica una pequeña cantidad de calor solo parte del líquido se

evapora y el resultado será una mezcla consistente en líquido saturado y vapor saturado.

E1 calor de evaporación se llama también calor latente, puesto que es el calor que hay

que aplicar a un cuerpo para que cambie de estado sin que cambie su temperatura. Por otra

parte, el calor sensible es el aplicado o tomado de un cuerpo, el cual está a una temperatura

situada por encima o por debajo del punto de ebullición o del punto de fusión.

Recalentamiento

Si se aplica calor a un vapor saturado, el resultado será vapor recalentado, el calor

aplicado se llama calor de recalentamiento. De aquí cuando se realiza un cambio de estado, el

calor sensible entra en juego y él es la causa que el vapor incremente de temperatura.

E1 calor específico de un cuerpo cambia cuando pasa del estado líquido al estado

gaseoso, por ejemplo solo se necesita 0,45 KCal. (1,9 KJ) pare calentar 1 Kg. de vapor un

grado centígrado, pare obtener el mismo incremento de temperatura en el agua se necesita 1

KCal. (4.187 KJ).

Líquidos subenfriados

Cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de saturación

corresponde a la presión existente, se dice que s encuentra subenfriado. El agua a cualquier

temperatura por debajo de su temperatura de ebullición (100ºC al nivel del mar) está

subenfriada.

Tonelada americana de refrigeración

Aún en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeración, la cual es

realmente una unidad americana basada en el efecto frigorífico de la fusión del hielo. La

tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor absorbida por la fusión de

una tonelada de hielo sólido puro en 24 horas. Puesto que el calor latente de fusión de una

libra de hielo es de 144 BTU, el calor latente de una tonelada americana (2000 libras) de hielo


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será 144 · 2000, o sea 288.000 BTU por 24 horas. Para obtener el calor por hora es necesario

dividir entre las 24 horas, lo cual da una cantidad de 12.000 BTU/HORA, que recibe el

nombre de “TONELADA DE REFRIGERACION”. Puesto que el calor latente del hielo en el

sistema métrico es de 80 Kilo-Calorías y que y una tonelada americana e igual a 907,187

kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 80·907,185 o sea 72.575 kilo-calorías por 24

horas, es decir, 3.024 kilo-calorías por hora.

El proceso de condensación

El contrario de un cambio de estado de líquido a vapor. Es un proceso llamado de

condensación (Precipitación). En vez de aplicar una cierta cantidad de calor, es necesario

sacar del cuerpo la misma cantidad para convertir el vapor en líquido. De nuevo la presión

determina la temperatura a la cual la condensación se realice.

2.2. SISTEMA DE COMPRESIÓN

Los sistemas de compresión emplean cuatro elementos en el ciclo de refrigeración:

compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador. En el evaporador, el refrigerante

se evapora y absorbe calor del espacio que está enfriando y de su contenido (alimentos,

cuerpos…). A continuación, el vapor pasa a un compresor movido por un motor que

incrementa su presión, lo que aumenta su temperatura.

El gas sobrecalentado a alta presión se transforma posteriormente en líquido en un

condensador refrigerado por aire o agua.

Después del condensador, el líquido pasa por una válvula de expansión, donde su

presión y temperatura se reducen hasta alcanzar las condiciones que existen en el evaporador.


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Ilustración 4.3. Esquema de un Sistema de Refrigeración

2.3. SISTEMAS DE ABSORCIÓN:

Algunos refrigeradores domésticos funcionan mediante el principio de absorción. En

ellos, una llama de gas calienta una disolución concentrada de amoníaco en agua en un

recipiente llamado generador, y el amoníaco se desprende en forma de vapor y pasa a un

condensador. Allí se licua y fluye hacia el evaporador, igual que en el sistema de compresión.

Sin embargo, en lugar de pasar a un compresor al salir del evaporador, el amoníaco gaseoso

se reabsorbe en la disolución diluida y parcialmente enfriada procedente del generador, para

formar de nuevo una disolución concentrada de amoníaco. Este proceso de reabsorción se

produce en un recipiente llamado absorbedor, desde donde el líquido concentrado fluye de

vuelta al generador para completar el ciclo.

La refrigeración por absorción se usa cada vez más en refrigeradores para

acondicionar el aire, en los que resultan adecuadas temperaturas de refrigerante entre 7 y 10

°C aproximadamente. En este rango de temperaturas puede emplearse agua como refrigerante,

y una disolución acuosa de alguna sal, generalmente bromuro de litio, como material

absorbente. El agua hierve a una temperatura muy baja en el evaporador porque la presión allí

es muy reducida. El vapor frío se absorbe en la disolución salina concentrada. Después, esta


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disolución se bombea al generador donde, a temperatura elevada, se hace hervir el agua

sobrante para aumentar la concentración de sal en la disolución; ésta, después de enfriarse,

circula de vuelta al absorbedor para completar el ciclo. El sistema funciona con un vacío

elevado: la presión del evaporador es aproximadamente de 1 kPa, y el generador y el

condensador están a unos 10 kPa. Generalmente, estas unidades se calientan con llama directa

o utilizan vapor generado en una caldera.

En la elaboración del proyecto empleare el sistema de refrigeración por compresión de

vapores.

2.4. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL CIRCUITO DE COMPRESIÓN

La instalación consta fundamentalmente de cuatro elementos: válvula de expansión,

evaporador, compresor y condensador. Más tarde, veremos las características detalladas de

cada uno de ellos...

La carga de refrigerante se produce siempre antes del filtro separador de partículas,

que pueda llevar en suspensión el refrigerante.

Para esto, se cierra antes la válvula que deja incomunicado el lado de alta presión

hacia el condensador, con lo que pasará obligatoriamente a través del filtro.

Previamente a la carga, se debe secar el circuito con nitrógeno, al objeto de que, no se

produzca, la mezcla de agua que con el refrigerante produciría compuestos que dejarían

agarrotadas las partes móviles del sistema. El circuito consta también de otros elementos,

como visores, que sirven para ver si hay agua o aire en el circuito…

Veamos el proceso del refrigerante en el circuito:

En primer lugar podemos dividir el circuito en la zona de alta y baja presión. La

primera va desde la válvula de descarga del compresor, hasta la válvula de expansión;

empezando por esta zona, el fluido descargado por el compresor pasa a través de un filtro de

aceite, en el cual, el aceite que puede llevar el refrigerante disuelto se decanta en el fondo de

dicho separador. Este tipo de filtro suele ser de “ciclón” que tiene como fundamento la


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diferencia de pesos específicos. Es necesario eliminar este aceite que lleva el refrigerante

disuelto, pues impiden la condensación adecuada del mismo, así como también pueden

obturar el condensador impidiendo la transmisión. Al encontrarse este filtro en el lado de alta,

está sometido a la presión de descarga del compresor. Está equipado con un flotador que

gobierna la válvula de descarga, abriéndola cuando el nivel ha llegado a un cierto valor en el

interior del mismo. El aceite descargado va a parar al cárter del compresor. No todo el aceite

se puede recuperar, y una mínima parte va a parar al condensador.

La función del compresor es mantener la baja presión necesaria en el evaporador, y

cuanto mayor es el ritmo al cual el compresor extrae vapor del evaporador, menor tenderá a

ser la presión y por tanto la temperatura.

El compresor descarga a través del filtro al condensador, donde se condensa el

refrigerante a una temperatura, o mejor dicho a una presión que depende de la temperatura del

agua de enfriamiento del condensador. El medio refrigerante de los condensadores en buques

es el agua de mar.

Es indispensable mantener la presión del condensador prácticamente constante, para

lo cual, se dispone en el circuito de descarga de la bomba de enfriamiento del condensador,

una válvula reguladora de agua. Esta válvula está gobernada por un bulbo, que va unido a un

fuelle por medio de un capilar que generalmente suele estar lleno del mismo fluido

refrigerante. Este bulbo se coloca íntimamente unido a la línea de descarga del compresor.

Si en un momento, la descarga del compresor aumenta, también lo hace la presión del

condensador, con lo que la temperatura se eleva; esto nos indica que la condensación es

deficiente. El bulbo detecta el aumento de temperatura, gobernando a la válvula para que abra

más; dando así mayor paso de agua al condensador.

Si fuese la temperatura del agua de mar la que cambiase, su temperatura haría

gobernar a la válvula reguladora, abriéndola o cerrándola si aumentase la temperatura o

disminuyese respectivamente.

Después de la valvulería y filtros, se encuentra la válvula solenoide y la válvula de

expansión, que separa la zona de alta y la de baja presión. Esta válvula tiene la misión de


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aportar al evaporador la cantidad justa y necesaria de fluido refrigerante para absorber la

aportación de calor procedente del medio a enfriar. El fluido entra en este aparato en estado

liquido, y a la presión del condensador o de condensación; a su paso a través del orificio

calibrado experimenta una caída de presión, y se evapora parcialmente enfriándose, por lo que

sale de la válvula de expansión en forma de mezcla liquido-vapor, siendo más rica en vapor a

medida que se reduce la presión de evaporación puesto que el liquido restante debe enfriarse

mas. Al compresor debe de llegarle procedente del evaporador “solo vapor” (fluido

refrigerante en estado vapor).

Así pues, el refrigerante pasa a través de 4 etapas en el ciclo: liquido frío, vapor frío,

vapor caliente y líquido caliente.

En el evaporador, el refrigerante termina de vaporizarse absorbiendo calor del foco

donde se halla instalado.

2.4.1 Funcionamiento automático de la planta.

En el funcionamiento normal, mientras no se ha conseguido la temperatura deseada, la

planta funciona con todos sus circuitos abiertos, realizándose el ciclo completo del

refrigerante.

Cuando hemos alcanzado la temperatura requerida en las cámaras frigoríficas, ya no

interesa el seguir mandando refrigerante al evaporador, por lo que la válvula solenoide,

situada antes del a válvula de expansión, se cierra impidiendo el paso de refrigerante al

evaporador. La válvula solenoide se encuentra gobernada por el termostato de ambiente

mediante una señal eléctrica.

Una vez cerrada la solenoide, y cuando se alcance el vacío establecido en el lado de

baja presión, existe un aparato llamado presostato que tiene como misión, la de cortar la línea

de alimentación eléctrica del motor del compresor; es decir, actúa de interruptor, parando o

arrancando dependiendo de la presión de aspiración del compresor. Esta misión de interruptor

la realiza el “presostato de baja”


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Una vez se ha conseguido la temperatura adecuada, el compresor permanece parado

un tiempo, que viene condicionado por las entradas de calor en la cámara, es decir, que será

más dilatado cuanto mejor aislada esté la cámara; aquí ya entra en juego el concepto del

asilamiento; que más tarde analizaremos con detalle.

Cuando la temperatura en el interior de la cámara sube; el termostato de ambiente lo

percibe merced a un bulbo sensible que tiene situado en la misma, y lejos del ventilador del

evaporador. Una vez abierta la válvula solenoide, se permite el paso del refrigerante desde la

misma hacia el evaporador, donde comienza a evaporarse, aumentando su volumen

específico, y por tanto, la presión en la tubería de aspiración del compresor.

Este aumento lo acusa el presostato de baja, el cual, al llegar la presión a un cierto

valor, arranca el compresor.

Si por ejemplo, la bomba de agua de refrigeración del condensador se avería, sube la

temperatura del líquido refrigerante, con lo que aumenta la presión. El presostato de alta esta

regulado de tal forma, que cuando dicha presión alcanza un valor determinado, se para el

compresor. Así pues, el presostato de alta funciona como seguridad.

2.5. DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS

Los diagramas utilizados en la industria frigorífica son:

-El diagrama entrópico.

-El diagrama entálpico.

2.5.1 Diagrama entrópico (T-S)

El diagrama entrópico es un diagrama termodinámico establecido en coordenadas

cartesianas que permite representar las evoluciones de un fluido, tomando como coordenadas

del diagrama:

-por el eje de abscisas: la entropía “S”


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-por el eje de ordenadas: la temperatura absoluta “T”

El diagrama se establece para una masa de 1 kg de fluido. El diagrama deberá

coincidir en su origen con el cero Kelvin, aunque corrientemente no es utilizable en esta zona.

Propiedades

Todas las líneas paralelas al eje de abscisas serán líneas de temperatura constante. Por

consiguiente, representan transformaciones en el curso de las cuales la temperatura

permanecerá constante (isotermas). Las paralelas al eje de las ordenadas representan por

analogía, transformaciones en el curso de las cuales la entropía del fluido permanecerá

constante (isentrópicas).

Consideremos sobre el diagrama (figura A) dos isentrópicas de valor S� y S2 cuyas

bases son respectivamente A y B. Cortemos estas líneas con una isoterma T, y las

intersecciones con S� y S2 serán C y D. Valoremos ahora el área del rectángulo ABCD.

A

B C

D

Figura A

Tendremos: área ABCD = AB x AC

Siendo: AB = (S2 − S� ) y AC = T


EUITN FEB-10 102

∆Q = T x ∆S

Por lo que área ABCD = T x ∆S

De acuerdo con la propia definición de entropía, el producto de T x ∆S representa una

cantidad de energía térmica, o sea:

Como conclusión podemos reseñar que toda área sostenida por una curva que representa una

transformación cualquiera entre dos valores S2 y S� de la entropía del refrigerante

representará pues, la cantidad de energía térmica recibida o cedida por el medio exterior en el

transcurso del ciclo.

- NOTA : definimos la entropía como la energía térmica necesaria para que un

cuerpo pueda efectuar reversiblemente una determinada transformación

durante el espacio de tiempo en que la Tª puede considerarse como constante.

Si una transformación es isentrópica la cantidad de calor Q intercambiada en el curso

de la misma será nula, merced a la formula anterior. No habiéndose intercambiado energía

térmica en el curso de la transformación, esta será pues, adiabática.

Los completos utilizados en refrigeración comportan, encima de las curvas ya

indicadas (isotermas y adiabáticas), las familias de curvas de presión constante y de entalpía

constante, así como la de volumen constante y las de titulo de vapor constante.

Figura B


EUITN FEB-10 103

Consideremos ahora un refrigerante y veamos cómo se plasma su proceso en el

diagrama. Para ello, consideremos la compresión adiabática y que la corriente de fluido se

realiza sin rozamiento, excepto en la válvula de expansión.

El refrigerante es condensado en el condensador y pasa al estado liquido a una

temperatura T1 y a una presión P1. A esta temperatura, se expande a través de la válvula de

expansión hasta una presión P2 alcanzando una temperatura de T2. Esta expansión se realiza a

entalpía constante, aumentando la entropía de S1 a S2 .Después el liquido va al evaporador ,

donde a una presión P2 y a una temperatura constante T2 , absorbe calor al vaporizarse ,

tomando el mismo del medio ambiente en el que se encuentra el evaporador. El vapor puede

salir del evaporador como: vapor húmedo, saturado y recalentado. Esto da lugar al concepto

de compresión húmeda o seca.

El proceso de compresión 1-2, (figura C), se llama compresión húmeda porque el

proceso completo ocurre en la región de las mezclas en presencia de gotitas de liquido.

Cuando se utiliza un compresor de embolo, hay varias razones en contra del uso de la

compresión húmeda. Una razón consiste, en que el líquido refrigerante puede quedar detenido

en la culata del cilindro al subir el pistón, con la posibilidad de averiar las válvulas o la culata.

Aunque el punto final de la compresión, señalado como punto 2, corresponde a vapor

saturado, lo cual significa que no hay liquido, tal cosa no ocurre fielmente en la realidad.

Figura C


EUITN FEB-10 104

Durante la compresión, las gotitas de liquido se vaporizan según un proceso de

transferencia de calor que requiere cierto tiempo. Otro peligro de la compresión húmeda,

consiste en que las gotitas de liquido pueden arrastrar el aceite de lubricación de las paredes

del cilindro, acelerándose el desgaste.

Si el refrigerante que entra en el compresor es vapor saturado (figura D), la

compresión se llama seca. Con esta compresión el ciclo pierde su forma rectangular

aproximada; la compresión de un vapor seco, termina a una temperatura superior a la de

condensación. Por lo tanto el refrigerante abandona el compresor recalentado.

La porción de ciclo por encima de la temperatura de condensación, se denomina

triangulo de recalentamiento.

Figura D

Se puede deducir que es más conveniente la compresión seca que la húmeda. La

compresión se considera idealmente como adiabática.

Los vapores procedentes del compresor pasan al condensador, refrigerado a la

temperatura del sumidero, que en primer lugar le quita la temperatura de recalentamiento,

hasta la temperatura T1 de condensación a presión constante y luego se condensa cediendo el


EUITN FEB-10 105

calor latente de condensación a temperatura constante, hasta llegar al estado de líquido

saturado.

Normalmente el condensador, además de sacar el recalentamiento y condensar los

vapores, producen una vez condensados los mismos, un sobreenfriamiento, al ceder calor el

liquido por radiación.

Dicho sobreenfriamiento se provoca a veces, uniendo el tubo de descarga del

condensador al tubo que procede del evaporador, con lo que primero se enfrían. Esto origina

el paso de la expansión de A - B hasta A1 - B1. Con ello aumenta el ciclo de refrigeración en A

A1 B1 B, al mismo tiempo que se garantiza la exclusiva llegada de vapor al compresor.

El proceso de expansión A – B o A1 - B1 es isentálpico, es decir, sin variar el fluido su

energía total, aunque parte del líquido expansionado se vaporiza a expensas de enfriar más al

líquido restante.

La compresión real es una politrópica, aunque en nuestro caso, como ya hemos

indicado con anterioridad, se considerara el caso ideal de una compresión adiabática.

2.5.2 Diagrama Entálpico (P-H)

El refrigerante condensado que se encuentra en el recipiente, está en condición A que

está situada sobre la línea del punto de ebullición del líquido. El liquido tiene de este modo

una temperatura “tK” (temperatura de condensación), y una presión “pK” (presión de

condensación) y una entalpía “h0”.

Cuando el líquido pasa a través de la válvula de expansión su estado cambia de A a B.

Este cambio de estado se efectúa por la ebullición del líquido a causa de la caída de presión

hasta “p0”. Al mismo tiempo, se produce un punto más bajo de ebullición del líquido “t0”

como consecuencia de la caída de presión.


EUITN FEB-10 106

Ilustración 4.4. Diagrama entálpico P-H

En la válvula, el calor ni se aplica ni se disipa, por eso la entalpía es “h0”.

A la entrada del evaporador hay una mezcla de vapor y líquido mientras que en la

salida del evaporador punto C, el vapor es saturado. La presión y la temperatura son las

mismas que las del punto B pero como el evaporador ha absorbido el calor de sus alrededores,

la entalpía ha cambiado a h1.

Cuando el vapor pasa a través del compresor sus condiciones cambian de C a D. La

presión se eleva a la presión de condensación pK.

La temperatura se eleva a tov que es más alta que la temperatura de condensación tK,

como consecuencia de que el vapor ha sido fuertemente recalentado. Más energía en forma de

calor le ha sido también introducida y por consiguiente la entalpía cambia a h2.

A la entrada del condensador, punto D, la condición por tanto, es de la de un vapor

recalentado a la presión pK., el calor es evacuado por el condensador a sus alrededores y por

ésta razón la entalpía de nuevo cambia a la del punto A. Lo primero que sucede en el

condensador es un cambio de un vapor fuertemente recalentado a un vapor saturado (punto E)

y luego una condensación de éste vapor. Del punto E al punto A, la temperatura (temperatura


EUITN FEB-10 107

de condensación) permanece la misma puesto que la condensación y la evaporación se

efectúan a temperatura constante.

En la práctica el proceso de refrigeración aparecerá ligeramente diferente al diagrama

presión entalpía. A causa de un pequeño recalentamiento del vapor que procede del

evaporador y la temperatura del líquido antes de la válvula de expansión se subenfría

débilmente a causa del intercambio de calor que se produce a su alrededor.

2.6. EL CICLO FRIGORÍFICO REAL. MODIFICACIONES EN EL CICLO

2.6.1. Funcionamiento en régimen húmedo

La maquina trabaja en régimen húmedo cuando a la salida del evaporador, no sale

como vapor saturado, es decir, sale como una mezcla de liquido-vapor.

Lo que si hay que evitar a toda costa, es que le entre liquido al compresor, ya que este

podría estallar; luego el límite que tengo para aspirar es el punto para el que sale vapor

saturado.

2.6.2. Funcionamiento en régimen recalentado

Cuando la salida del refrigerante del evaporador está a una temperatura superior a la

temperatura, que a la presión de evaporización, le corresponde para estar saturado, diremos

que estamos en régimen recalentado.

2.6.3. Funcionamiento en régimen con subenfriamiento

Cuando la válvula de expansión está alimentada con el refrigerante en estado líquido,

pero a una temperatura inferior a la temperatura de saturación correspondiente a la presión de

condensación, se dice que estamos en régimen de subenfriamiento.

PROYECTO FIN DE CARRERA ALMACENAJE DE PRODUCTOS: REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN

EUITN FEB-10 108

CAPÍTULO 3: ALMACENAJE DE PRODUCTOS: REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN

3.1. REFRIGERACIÓN DE LOS ALIMENTOS

La refrigeración es el principal tratamiento de conservación de alimentos utilizado,

tanto a nivel doméstico como industrial. Su aplicación tiene la clara ventaja de no producir

modificaciones en los alimentos, simplemente los alimentos frescos son en realidad

refrigerados.

La eficacia de la refrigeración es debida a que la actividad de los microorganismos y

de las enzimas de los microorganismos y de los propios alimentos, es reducida. Es decir, la

actividad de estos microorganismos se desarrolla más lentamente, con el consiguiente retraso

de la degradación de los alimentos.

Evidentemente, los alimentos duran más tiempo. A su vez, los microorganismos

patógenos van a inhibirse en su crecimiento, por lo que se mantendrán las condiciones de

seguridad de los alimentos.

3.2. CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO

La conservación de frutas, verduras, carnes, pescados, etc. a bajas temperaturas

consigue detener el crecimiento de microorganismos (hongos, levaduras y bacterias) que

deterioran el producto.

Existen unas condiciones óptimas (temperatura y humedad relativa) de

almacenamiento de cada producto, que deben ser extraídas de bibliografía apropiada. Las

cámaras de almacenamiento que pueden prestar servicio a diferentes productos deben ser

flexibles en el establecimiento de diferentes temperaturas de consigna.

El control de temperatura debe ser preciso ya que una desviación de la temperatura en pocos

grados puede congelar el producto (ejemplo: temperatura de congelación de las fresas -0,8°C).


EUITN FEB-10 109

Si la humedad relativa es inferior a la recomendada los productos pueden secarse o

marchitarse (flores cortadas) produciendo una pérdida de peso, además de una disminución

del contenido en vitamina C de los vegetales.

Tabla 5.1. Condiciones de almacenamiento

3.3. DEFINICIÓN DE ALIMENTOS ULTRACONGELADOS, CONGELADOS, Y HELADOS

Ultracongelados → Son aquellos que han sido sometidos a un proceso adecuado de

congelación denominado “congelación rápida” o “ultracongelación”, que permita rebasar tan

rápidamente como sea necesario en función de la naturaleza del producto la zona de máxima

cristalización.

Congelados → Es aquel en que la mayor parte de su agua de constitución (agua libre)

se ha transformado en hielo, al ser sometido a un proceso de congelación especialmente

concebido para preservar su integridad y calidad y para reducir, en todo lo posible, las


EUITN FEB-10 110

alteraciones físicas, bioquímicas y microbiológicas, tanto durante la fase de congelación como

en la de congelación ulterior.

Helados → Los helados son preparaciones alimenticias que han sido llevadas a estado

sólido, semisólido, o pastoso por una congelación simultánea o posterior a la mezcla de las

materias primas puestas en producción y que han de mantener el grado de plasticidad y

congelación suficiente hasta el momento de su venta al consumidor.

3.4. LA CONGELACIÓN

La congelación retrasa el deterioro de los alimentos y prolonga su seguridad evitando

que los microorganismos se desarrollen y ralentizando la actividad enzimática que hace que

los alimentos se echen a perder. Cuando el agua de los alimentos se congela, se convierte en

cristales de hielo y deja de estar a disposición de los microorganismos que la necesitan para su

desarrollo.

No obstante, la mayoría de los microorganismos (a excepción de los parásitos) siguen

viviendo durante la congelación, así pues, es preciso manipular los alimentos con cuidado

tanto antes como después de ésta.

La congelación de alimentos es un proceso bastante complicado pero algunos de los

puntos más importantes son los siguientes:

- La congelación de muchos alimentos aumenta considerablemente su periodo

de almacenamiento.

- El agua es el mayor componente de la mayoría de los alimentos (Entre el 55 y

95% de la masa).La formación de cristales de agua debe ser evitada.

- Los cristales de agua rompen la textura del alimento, rompiendo las paredes de

las células.

- Para evitar la formación de cristales es colocar el producto por debajo de las

temperaturas de congelación lo más rápido posible. La cantidad de energía


EUITN FEB-10 111

necesaria para congelar suele ser mayor que la necesaria para enfriar el

producto antes y después de su congelación.

- Los productos no congelan a una temperatura fija, comienzan a congelar a

temperaturas ligeramente inferiores a 0°C y finalizan su congelación algunos

grados por debajo.

La congelación lenta forma cristales, por tanto no es conveniente. Conforme la

disolución de agua más algunas sustancias orgánicas comienza a congelar algunos grados por

debajo de cero el líquido restante es cada vez más concentrado (menos agua) y su punto de

congelación también baja.

Congeladores discontinuos: Cámaras de congelación (12 a 72 horas)

Congeladores continuos: Túneles o cintas o espirales de congelación (0.5 a 2 horas).

3.5. EFECTOS DE LA CONGELACIÓN EN LAS PROPIEDADES NUTRICIONALES DE LOS ALIMENTOS

La congelación tiene un efecto mínimo en el contenido nutricional de los alimentos.

Algunas frutas y verduras se escaldan (introduciéndolas en agua hirviendo durante un corto

periodo de tiempo) antes de congelarlas para desactivar las enzimas y levaduras que podrían

seguir causando daños, incluso en el congelador. Este método puede provocar la pérdida de

parte de la vitamina C (del 15 al 20%). A pesar de esta pérdida, las verduras y frutas se

congelan en condiciones inmejorables poco después de ser cosechadas y generalmente

presentan mejores cualidades nutritivas que sus equivalentes "frescas". En ocasiones, los

productos cosechados tardan días en ser seleccionados, transportados y distribuidos a los

comercios. Durante este tiempo, los alimentos pueden perder progresivamente vitaminas y

minerales. Las bayas y las verduras verdes pueden perder hasta un 15% de su contenido de

vitamina C al día si se almacenan a temperatura ambiente.

En el caso de la carne de ave o res y el pescado congelados, prácticamente no se

pierden vitaminas ni minerales debido a que la congelación no afecta ni a las proteínas, ni a

las vitaminas A y D, ni a los minerales que ellos contienen. Durante su descongelación, se


EUITN FEB-10 112

produce una pérdida de líquido que contiene vitaminas y sales minerales hidrosolubles, que se

perderán al cocinar el producto a no ser que se aproveche dicho líquido.

3.6. VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO DE LOS PRODUCTOS

Teóricamente la temperatura de entrada de los alimentos a las cámaras de

almacenamiento debe ser la misma que se quiera mantener en el interior, por tanto, es habitual

utilizar proceso de pre-enfriamiento en los cuales el producto caliente es llevado a la

temperatura de almacenamiento (cámaras o túneles de pre-enfriamiento).

Un dato muy interesante es la potencia frigorífica necesaria para enfriar un producto,

desde unas condiciones iniciales a unas condiciones finales en un tiempo determinado. Este

valor depende de:

La temperatura del aire, la velocidad del aire sobre el producto, las dimensiones y

propiedades térmicas del producto (conductividad, calor específico, densidad) y de la forma,

empaquetado y disposición de los productos.

Podemos observar que para reducir los tiempos de enfriamiento existen varias

opciones:

- Aumentar h (aumento de la velocidad y del consumo en ventiladores)

- Estudiar configuraciones en las que los productos se empaqueten con las

dimensiones más pequeñas posibles.

3.7. TIEMPO DE CONGELACIÓN

El tiempo de congelación de un producto es un dato bastante complicado ya que

depende de:

La temperatura del aire, la velocidad del aire sobre el producto, las dimensiones y

propiedades térmicas del producto (conductividad, calor específico, densidad) y de la forma,


EUITN FEB-10 113

empaquetado y disposición de los productos. Por tanto cualquier dato experimental disponible

u obtenible es muy interesante.

Algunas técnicas utilizadas en túneles de congelación aumentan las velocidades del

aire en los momentos iniciales de enfriamiento donde el salto de temperaturas el mayor y

bajan la velocidad al final del proceso donde los saltos de temperaturas son menores.

PROYECTO FIN DE CARRERA REFRIGERANTES

EUITN FEB-10 114

CAPÍTULO 4: REFRIGERANTES

4.1. INTRODUCCIÓN

Los refrigerantes o fluidos frigoríficos son utilizados como medio de transporte de

calor desde un punto a otro; actúan absorbiendo calor y cediéndolo posteriormente.

Los refrigerantes pueden ser divididos en dos grupos: primarios y secundarios.

Refrigerantes primarios o fluidos frigorígenos son aquellos que producen el

enfriamiento por la transformación de líquido a vapor.

Refrigerantes secundarios o fluidos frigoríferos transfieren la energía térmica desde el

objeto a ser enfriado al refrigerante primario.

Los primeros refrigerantes primarios fueron:

- Agua.

- Dietileno.

Después vinieron:

- Amoniaco.

- Dióxido de azufre, con problemas de olor y toxicidad.

- Dióxido de carbono, reemplazado por la alta presión necesaria.

- Distintos tipos de hidrocarbonatos.

Desde que Migley descubriera en 1928 los clorofluorcarbonados (CFC), tras buscar un

refrigerante que fuera seguro (ni inflamable ni tóxico), su empleo en todas las aplicaciones de

la refrigeración se ha ido extendiendo. Las propiedades de estos nuevos refrigerantes eran tan

favorables que pronto se impusieron en todos los sectores del frío.

Los antiguos refrigerantes fueron eliminados, excepto el amoniaco que mantuvo su

primacía en determinadas aplicaciones (instalaciones industriales de gran potencia y


EUITN FEB-10 115

temperaturas más bien bajas). El amoniaco es uno de los refrigerantes más usados hoy en día,

sobre todos en grandes instalaciones frigoríficas.

Durante más de 50 años, los compuestos clorados fueron considerados como las

sustancias ideales para su aplicación en la refrigeración, que permitía dar por zanjada la

investigación en la búsqueda de refrigerantes. Sin embargo, los recientes descubrimientos,

relativos a la incidencia de estas sustancias en el medio ambiente (destrucción del ozono y

efecto invernadero) han llevado a las naciones más desarrolladas a restringir el uso de estas

sustancias, y esto obliga a la búsqueda de nuevas soluciones, o a la adaptación de viejas

técnicas que habían caído en desuso.

Ante esta nueva situación, las grandes industrias químicas se han esforzado en

desarrollar nuevas sustancias (principalmente del tipo HFC y sus mezclas), que puedan servir

como sustitutos de los CFC y HCFC, que tendrán que dejar de aplicarse.

4.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS REFRIGERANTES

Las propiedades exigibles a un fluido frigorígeno dependen de las condiciones de

funcionamiento y de la relación con sus propiedades físicas, termodinámicas, químicas, de

seguridad y económicas. Debido a la amplia gama de condiciones de funcionamiento no

existe el refrigerante que cumpla todas las exigencias y su idoneidad dependerá del grado en

que sus propiedades se adecuen a las exigencias concretas de utilización.

4.2.1. Características físicas

4.2.1.1. Presión de vapor

La presión de evaporación del refrigerante debe ser superior a la presión atmosférica

para evitar la introducción de aire y el aporte de humedad.


EUITN FEB-10 116

Respecto a la presión de condensación, ésta no debe ser muy elevada y permitir el

empleo de elementos de menor resistencia mecánica; además no debe estar próxima a la

presión crítica del refrigerante, con el fin de facilitar la condensación.

4.2.1.2. Relación de compresión

Debe ser reducida en las condiciones de funcionamiento pues la eficacia volumétrica

varía inversamente con la relación de compresión.

4.2.1.3. Calor latente de vaporización

Éste debe presentar un valor alto a fin de obtener una producción frigorífica específica

elevada y un menor caudal másico a circular, lo que permitirá usar equipos más pequeños y de

menor potencia.

4.2.1.4. Calor específico del refrigerante

En el líquido el calor específico debe ser bajo, y en el valor debe ser alto, pues esta

característica aumenta el rendimiento del refrigerante.

4.2.2. Características termodinámicas

La producción frigorífica específica, la producción frigorífica volumétrica y la

potencia específica son las magnitudes que permiten comparar el comportamiento

termodinámico de los refrigerantes.

Al comparar estas magnitudes, se observa que la potencia requerida por unidad de

capacidad refrigerante es muy parecida en todos los refrigerantes por lo que no son factores a

tener en cuenta para su selección.

4.2.3. Características químicas

El refrigerante no debe sufrir transformaciones químicas en las condiciones de

utilización del sistema frigorífico, y debe ser inerte frente a aceite, materiales de la instalación

y presencia de agua en el circuito.


EUITN FEB-10 117

4.2.4. Características de seguridad

Los factores que afectan a la seguridad en la utilización de los refrigerantes son los

primeros considerados en su elección; en este sentido la instrucción MI-IF-004 contiene la

normativa aplicable a la utilización de los diferente fluidos frigorígenos en función del grado

de seguridad del refrigerante, de las exigencias de los locales, del tipo de ocupación o

utilización y de las características de los sistemas de refrigeración empleados. El criterio ha

sido establecido como limitación de la carga refrigerante expresada en Kg por metro cúbico

de local o espacio habitable.

Las características de seguridad de cada fluido frigorígeno son consideradas desde

diferentes aspectos:

- Toxicidad: causada por presentar mayor o menor grado de toxicidad para el

hombre o más ampliamente, por producir asfixia al desplazar el oxígeno.

- Inflamación o explosión: causada a partir de ciertos límites de concentración

de aire.

- Fugas: los refrigerantes muestran diferente facilidad para provocar fugas en el

sistema frigorífico en operación, característica que depende además de los

elementos de construcción, del aceite lubricante y del comportamiento aceite-

refrigerante.

- Detección de fugas: con independencia de las pruebas de estanqueidad a que

son sometidos los equipos nuevos, es necesario disponer de métodos de

detección de fugas. Los detectores dependen del tipo de refrigerante y varían

desde la simplicidad del agua jabonosa a los detectores electrónicos

automáticos.

4.3. CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES

De acuerdo con lo que establece el artículo 11 del Reglamento de Seguridad para

Plantas e Instalaciones Frigoríficas, los refrigerantes se denominarán o expresarán por su


EUITN FEB-10 118

fórmula o por su denominación química, o si precede, por su denominación simbólica

numérica, no siendo suficiente, en ningún caso, su nombre comercial.

Los números de identificación de los refrigerantes de los compuestos inorgánicos se

obtienen añadiendo a 700 los pesos moleculares de los compuestos. Así el amoniaco (NH3) se

denomina R-717. Cuando dos o más refrigerantes tienen los mismos pesos moleculares se

utilizan las letras A, B, C, etc., para distinguirlos entre ellos.

De forma más genérica, el sistema de identificación ha sido estandarizado por la

ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers).

Identifican los refrigerantes por números después de la letra R, cuyo significado es

“refrigerante”.

A efectos de lo dispuesto en el artículo 2 del Reglamento de Seguridad para Plantas e

Instalaciones Frigoríficas, los refrigerantes se clasifican en tres grupos que detallamos en las

siguientes tablas:

CLASIFICACIÓN DE LOS GASES REFRIGERANTES POR GRUPOS DE SEGURIDAD

Clasificación de los refrigerantes Nº de identificación del refrigerante

Nombre Químico Fórmula Química Peso

molecular

Punto de ebullición en ºC a 1.013

Bar Grupo primero: refrigerantes de alta seguridad

R-23 R-123 R-124 R-125 R-134a

Trifluormetano 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano Pentafluoretano 1,1,1,2-Tetrafluoretano

CHF3

CHCl2-CF3

CHClF-CF3

CHF2-CF3

CH2F-CF3

70,01 153,0 136,5

120,02 102,0

-82,15 27,96 -12,05 -48,41 -26,14

R-401A (53/13/34)

Clorodifluormetano (R-22) 1,1-Difluoretano (R-152a) 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano (R-124)

CHClF2 (53%) CH3-CHF2 (13%) CHClF-CF3 (34%)

94,44 -33,08

R-401B (61/11/28)



92,84 -34,67

R-401C (33/15/52)



101,04 -28,43


EUITN FEB-10 119

R-402A (60/2/38)

Pentafluoretano (R-125) Propano (R-290) Clorodifluormetano (R-22)

CHF2-CF3 (60%) C3H8 (2%) CHClF2 (38%)

101,55 -49,19

R-402B (38/2/60)


CHF2-CF3 (38%) C3H8 (2%) CHClF2 (60%)

94,71 -47,36

R-404A (44/4/52)

Pentafluoretano (R-125) 1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) 1,1,1-Trifluoroetano (R-143a)

CHF2-CF3 (44%) CH2F-CF3 (4%) H3-CF3 (52%)

97,6 -46,69

Nº de identificación del refrigerante

Nombre Químico Fórmula Química Peso molecular


Bar

R-407C (23/25/52)

Difluormetano (R-32) Pentafluormetano (R-125) 1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a)

CH2F2 (23%) CHF2-CF3 (25%) CH2F-CF3 (52%)

86,2 -43,44

R-11 R-12 R-13 R-13B1 R-14 R-21 R-22 R-113 R-114 R-115 R-C318 R-500 R-502 R-744

Triclorofluormetano Diclorodifluormetano Clorotrifluormetano Bromotrifluormetano.

Tetrafluoruro de carbono Diclorofluormetano Clorodifluormetano 1,1,2-Triclorotrifluoretano 1,2-Diclorotetrafruoretano Cloropentafluoretano Octofluorciclobutano R-12 (73,8%) + R-152a (26,2%) R-22 (48,8%) + R-115 (51,2%) Anhídrido carbónico

CCl2F CCl2F2

CClF3

CBrF3

CF4

CHCl2F CHClF2

CCl2FCClF2

CClF2CClF2

CClF2CF2 C4F8 CCl2F2/CH3CHF2 CHClF2/CClF2CF3 CO2

137,4 120,9 104,5 148,9

88 102,9 86,5

187,4 170,9 154,5 200

99,29 112 44

23,8 -29,8 -81,5 -58

-128 8,92 -40,8 47,7 3,5

-38,7 -5,9 -28

-45,6 -78,5

Nº de identificación del refrigerante

Nombre Químico Fórmula Química Peso molecular


Bar Grupo segundo: Refrigerantes de media seguridad

R-30 R-40 R-160 R-611 R-717 R-764 R-1130

Cloruro de metileno Cloruro de metilo Cloruro de etilo Formiato de metilo Amoníaco Anhídrido sulfuroso 1,2-Dicloroetileno

CH2Cl2

CH2Cl CH3CH2Cl HCOOCH2

NH3

SO2

CHCl = CHCl

84,9 50,5 64,5 60 17 64

96,9

40,1 -24 12,5 31,2 -33 -10 48,5

Grupo tercero: Refrigerantes de baja seguridad R-170 R-290 R-600 R-600a R-1150

Etano Propano Butano Isobutano Etileno

CH3CH3

CH3CH2CH3

CH3CH2CH2CH3

CH(CH3)3

CH2 = CH2

30 44

58,1 58,1 28

-88,6 -42,8 0,5 -10,2 -103,7


EUITN FEB-10 120

Efectos fisiológicos de los refrigerantes

.Nº Identifi-cación.

Nombre químico. Fórmula química

Porcentaje en volumen de concentración en el aire

Car

acte

ríst

icas

Adv

erte

ncia

s

* ** ***

Grupo primero: Refrigerantes de alta seguridad (véase ampliación del 1er grupo) R-11 R-12 R-13 R-13B1 R-14 R-21 R-22 R-113 R-114 R-115 R-C318 R-500 R-502 R-744

Triclorofluormetano Diclorodifluormetano Clorotrifluormetano Bromotrifluormetano Tetrafluoruro de carbono Diclorofluormetano Clorodifluormetano 1,1,2-Triclorotrifluoretano 1,2-Diclorotetrafluoretano Cloropentafluoretano Octofluorciclobutano R-12(73,8%)+R152a(26,2%) R-22(48,8%)+R115(51,2%) Anhídrido carbónico

CCl3F CCl2F2

CClF2

CBrF3

CF4

CHCl2F CHClF2

CCl2FCClF2

CClF2CClF2

CClF2CF3

C4F8

CCl2F2/CH3CHF2

CHClF2/CClF2CF3

CO2

-

- - - - - - - - - - - - 8

-

- - - -

10 -

5 a 10 - - - - -

5 a 6

10 20 a 30 20 a 30 20 a 30

- 5

20 2,5

20 a 30 20 a 30 20 a 30

20 20

2 a 4

a b b b - a b a b b b b b c

(1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1)

Grupo segundo: refrigerantes de media seguridad

R-30 R 40 R-40 R-160 R-717 R-764 R-1130

Cloruro de metileno Cloruro de metilo Cloruro de metilo Cloruro de etilo Amoníaco Anhídrido sulfuroso 1,2-Dicloroetileno

CH2Cl2

CH Cl CH3Cl CH3CH2Cl NH3 SO2 CHCl = CHCl

5 a 5,4 15 a 30 15 a 30 15 a 30 0,5 a 1 0,2 a 1

-

2 a 2,4 2 a 4 2 a 4

6 a 10 0,2 a 0,3

0,04 a 0,05 2 a 2,5

0,2 0,05 a 0,1 0,05 a 0,1

2 a 4 0,01 a 0,03

0.005 a 0,004 -

a f f f

d,e d,e

f

(2) (2) (2) (3) (3) (2)

Grupo tercero: refrigerantes de baja seguridad R-170 R-290 R-600

R-600a R-1150

Etano Propano Butano

Isobutano Etileno

CH3CH3

CH3CH2CH3

CH3CH2CH2CH3

CH(CH3)3

CH2 = CH2

- - - - -

-

6,6 - - -

4,7 a 5,5 4,7 a 5,5 5 a 5,6

4,7 a 5,5 -

g g g g g

(4) (4) (4) (4) (4)

*Lesión mortal o importante en pocos minutos. **Peligrosa de los treinta a los sesenta minutos. ***Inocuo de una a dos horas. Los números entre paréntesis significan: (1) Pueden producirse gases de descomposición tóxicos en presencia de llamas, su olor intenso proporciona un aviso antes de alcanzarse concentraciones peligrosas. (2) Gases de descomposición tóxicos e inflamables. (3) Corrosivo. (4) Altamente inflamable. Las letras de la columna de características, significan: a) A altas concentraciones produce efectos soporíferos.


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b) A altas concentraciones provoca una disminución de la cantidad de oxígeno, originando sofoco y peligro de asfixia. c) No posee olor característico, pero posee un margen muy pequeño entre los efectos no tóxicos y mortales. d) Olor característico, incluso a concentraciones muy bajas. e) Irritante, incluso a concentraciones muy bajas. f) Muy soporífero. g) No produce lesiones mortales o importantes a concentraciones por debajo de los límites inferiores de exposición, de hecho no es tóxico.

TABLA II-(Ampliación grupo 1º)

Efectos fisiológicos de los refrigerantes Ampliación del grupo primero de refrigerantes de alta seguridad:

(Ampliada por ORDEN de 23 de noviembre de 1994)

% en volumen de concentración en

aire

Nº de identificación Nombre Químico Fórmula química (1) (2) (3) (4)

R-23 Trifluormetano CHF 3 >60* >23 5 a,b

R-123 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano CHCl2-CF3 2* 0,5 0,1 a,b

R-124 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano CHClF-CF3 2,5* 10,4 5 a,b

R-125 Pentafluoretano CHF2-CF3 10* 10 5 a,b

R-134a 1,1,1,2-Tetrafluoretano CH2F-CF3 7,5* 20 5 a,b

R-401A (53/13/34)


CHCIF2 CH3-CHF2

CHClF-CF3 5* 10 5 a,b

R-401B (61/11/28)

Clorodifluormetano (R-22) 1,1-Difluoretano (R-152a) 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano(R124)

CHCIF2 CH3-CHF2 CHClF-CF3

5* 10 5 a,b

R-401C (33/15/52)

Clorodifluormetano (R-22) 1,1-Difluoretano (R-152a) 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluormetano(R124)

CHClF2 CH3-CHF2 CHClF-CF3

2,5* 10 5 a,b

R-402A (60/2/38)


CHF2-CF3 C3H8 CHClF2 5* 10 5 a,b

R-402B (38/2/60)


CHF2-CF3 C3H8

CHClF2 5* 10 5 a,b

R-404A (44/4/52)

Pentafluoretano (R-125) 1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) 1,1,1-Trifluoroetano (R-143a)

CHF2-CF3 CH2F-CF3 CH3-CF3

5* 10 5 a,b

R-407C (23/25/52)

Difluormetano (R-32) Pentafluormetano (R-125) 1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a)

CH2F2 CHF2-CF3 CH2F-CF3

5* 10 5 a,b

(1) Lesión Mortal o importante en pocos minutos (2) Peligroso de los 30 a 60 minutos (3) Inocuo de una a dos horas


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(4) Características Las letras de la columna (4) "Características" significan: a -A altas concentraciones producen efectos soporíferos. b -A altas concentraciones provoca una disminución de la capacidad de oxígeno originado sofoco y peligro de asfixia. *Estos valores son los mínimos que junto con la presencia de adrenalina en el torrente sanguíneo (como consecuencia de tensión, nerviosismo o ansiedad pueda ocasionar sensibilización cardiaca.

4.4. ECONOMÍA

Las propiedades más importantes del refrigerante que influyen en su capacidad y

eficiencia son:

- El calor latente de Evaporación

- La relación de compresión

- El calor específico del refrigerante tanto en estado líquido como de vapor

Excepto para sistemas muy pequeños, es deseable tener un valor alto de calor latente

para que sea mínimo el peso del refrigerante circulando por unidad de capacidad.

Cuando se tiene un valor alto del calor latente y un volumen específico bajo en la

condición de vapor, se tendrá un gran aumento en la capacidad y eficiencia del compresor, lo

que disminuye el consumo de potencia. Y permite el uso de un equipo pequeño y más

compacto. En los sistemas pequeños, si el valor del calor latente del refrigerante es muy alto,

la cantidad de refrigerante en circulación será insuficiente como para tener un control exacto

del líquido. Es mejor tener un calor específico bajo en el líquido y un valor alto en el vapor en

tanto que ambos tiendan a aumentar el efecto refrigerante por unidad de peso, el primero se

logra aumentando el efecto de subenfriamiento y el último disminuyendo el efecto de

sobrecalentamiento. Cuando se cumplen estas condiciones en un fluido simple, se logrará

mejorar la eficiencia del cambiador de calor líquido-succión.


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Con relaciones de compresión bajas se tendrá un consumo menor de potencia y alta

eficiencia volumétrica, siendo esto último más importante en sistemas pequeños ya que esto

permitirá usar compresores pequeños.

Con un coeficiente de conductancia alto, pueden mejorarse las relaciones de

transferencia de calor, sobre todo en caso de enfriamiento de líquidos y de esta forme se

pueden reducir el tamaño y el costo del equipo de transferencia.

La relación presión-temperatura del refrigerante debe ser tal que la presión en el

evaporador siempre esté por arriba de la atmosférica. En el caso de tener una fuga en el lado

de menor presión del sistema, si la presión es menor a la atmosférica, se introducirá una

considerable cantidad de aire y humedad en el sistema, mientras que si la presión vaporizante

es mayor a la atmosférica, se minimiza la posibilidad de introducción de aire y humedad al

sistema al tenerse una fuga.

La presión condensante debe ser razonablemente baja, ya que esto permite usar

materiales de peso ligero en la construcción del equipo para condensación, reduciéndose así el

tamaño y el costo.

4.5. RELACIONES REFRIGERANTE-ACEITE

Salvo unas pocas excepciones, el aceite necesario para la lubricación del compresor es

el contenido del cárter del cigüeñal del compresor que es donde está sujeto al contacto con el

refrigerante.

El dióxido de azufre y los halocarburos reaccionan en cierto grado con el aceite

lubricante, generalmente la reacción es ligera bajo condiciones de operación normales.

Cuando hay contaminantes en el sistema tales como aire y humedad, en una cantidad

apreciable, se desarrollan reacciones químicas involucrando a los contaminantes y tanto el

refrigerante como el aceite refrigerante como el aceite lubricante pueden entrar en

descomposición, formándose ácidos corrosivos y sedimentos en superficies de cobre y/o


EUITN FEB-10 124

corrosión ligera en superficies metálicas pulidas. Las temperaturas altas en las descargas, por

lo general aceleran estos procesos.

Por la naturaleza de temperatura alta en la descarga del refrigerante F22, el daño en el

aceite lubricante produce el que se queme el motor, constituye esto un problema serio en las

unidades motor - compresor que utilizan este refrigerante, sobre todo cuando se las utiliza en

condensadores enfriados con aire y con tuberías de succión grandes.

En los sistemas que usan refrigerantes halocarburos, es muy común que varias partes

del compresor se encuentren cobrizadas. La causa exacta del cobrizado no ha sido

determinada en forma definitiva, pero se tienen grandes evidencias que los factores que

contribuyen a eso son la humedad y la pobre calidad del aceite lubricante.

Las placas de cobre no se emplean en los sistemas de amoníaco. Las desventajas antes

nombradas se podrán reducir al mínimo o eliminarse mediante el uso de aceites lubricantes de

alta calidad que tengan puntos muy bajos de “fluidez o congelación” y/o de “precipitación”,

manteniendo al sistema relativamente libre de contaminaciones, tales como aire y humedad y

diseñando al sistema de tal forma que las temperaturas en las descargas sean relativamente

bajas.

PROYECTO FIN DE CARRERA ELEMENTOS PRINCIPALES

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CAPÍTULO 5: ELEMENTOS PRINCIPALES

5.1. EL COMPRESOR


A continuación mostramos algunas nociones básicas para el entendimiento de qué es

un compresor, y para qué sirve.

En una instalación frigorífica denominamos compresor a la máquina que sirve

para producir en el evaporador una presión suficientemente baja para que se vaporice el fluido

refrigerante a la temperatura deseada y en el condensador una presión suficientemente alta

para que el fluido condense a la temperatura de las fuentes naturales, como pueden ser agua o

aire.

La idea clásica de un compresor es la de la máquina constituida por un cilindro

cerrado en cuyo interior desliza un pistón el cual es accionado por un motor que se desplaza a

merced al mecanismo biela-manivela. Pero a lo largo de la evolución tecnología del frío han

ido apareciendo otros sistemas de compresión, que en su constitución mecánica en nada se

asemejan a esta idea, consiguiendo la reducción volumétrica de los vapores gracias a la fuerza

centrífuga.

Los equipos frigoríficos den la actualidad deben cumplir una serie de exigencias

fundamentales:

- Bajo consumo energético

- Dimensiones reducidas

- Fiabilidad y durabilidad

- Nivel adecuado de seguridad

- Emisiones débiles de ruido

- Posibilidad de fabricación en serie

- Costes de fabricación y mantenimiento reducidos


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5.1.2. Tipos de compresores

Conociendo la dificultad de establecer una clasificación completa, agruparemos los

compresores atendiendo a su principio de funcionamiento, el cual permite distinguir entre

compresores de desplazamiento positivo, o volumétricos y de desplazamiento cinético o

dinámicos.

El primer grupo abarca:

Compresores alternativos:

- Ordinarios: verticales, horizontales y radiales

- Especiales: de pistón seco, de laberinto, electromagnéticos

Compresores rotativos:

- De paletas

- De excéntrica

- Otros tipos:

- De tornillo

- De membrana

En el segundo grupo se hallan:

Compresores dinámicos:

- Centrífugos

- Axiales

Los compresores alternativos, los rotativos, los de tornillo y los de membrana

comprenden los llamados compresores de desplazamiento positivo. El fluido refrigerante

sufre una verdadera compresión mecánica, pues la reducción volumétrica se realiza por medio

de un elemento que comprime.


EUITN FEB-10 127

La compresión centrífuga se realiza gracias a la acción de la fuerza centrífuga ejercida

sobre los vapores atrapados durante la rotación de un rodete a gran velocidad. No poseen

elemento compresor.

Independientemente de esta clasificación, todos los compresores pueden ser de tipo

abierto, semihermético o hermético.

Un compresor de tipo abierto es aquél en el compresor y el motor de accionamiento

que están claramente diferenciados en dos carcasas distintas. Se denominan herméticos

cuando ambos se encuentran englobados en una carcasa herméticamente cerrada; en este tipo

se evitan fugas de fluido frigorígeno, por lo que están indicados para trabajar con los

fluorcarbonados y se utilizan en los frigoríficos domésticos. Estos compresores llevan el

conjunto motor-compresor y los demás órganos, montados en una campana herméticamente

cerrada. Sólo las tuberías de aspiración y descarga atraviesan la pared. La tubería de descarga

va al condensador y la de aspiración desemboca en el interior de la campana.

El motor esta pues, bañado por el vapor seco del refrigerante empleado y por una

niebla de aceite. Sus bobinados deben por tanto, estar preparados para resistir este doble

ambiente.

El engrase se realiza por medio de una bomba auxiliar de paletas o de pistón que toma

el aceite del fondo y lo envía a presión y, a la vez, sobre las partes móviles del compresor y la

cúpula de la campana. Con el fin de facilitar la evacuación del calor, a veces, se provee a la

campana de aletas de enfriamiento.

La aspiración y descarga de los gases se realiza con silenciadores, para conseguir un

funcionamiento sin ruido. Normalmente todo el conjunto motor-compresor va montado o

suspendido de la campana por medio de unos muelles que eliminan las vibraciones y por lo

tanto el ruido.

El motor es del tipo inducción. Con el fin de facilitar el arranque se intercala, a veces,

entre la aspiración y la compresión, una válvula de descarga. Las ventajas de de las unidades

herméticas son la supresión del cierre del cigüeñal y el funcionamiento silencioso.


EUITN FEB-10 128

Los del grupo semiherméticos serán aquéllos en los que el motor y el compresor se

encuentran en una ola carcasa accesible desde el exterior.

Las juntas, que son la única diferencia con los grupos domésticos herméticos:

supresión del cierre del cigüeñal. La mayor parte de los constructores intentan cada vez

conseguir compresores semiherméticos de mayor potencia.

5.1.3. Descripción y principio de funcionamiento

Los compresores de desplazamiento positivo realizan una verdadera compresión

mecánica, produciendo una reducción volumétrica por el desplazamiento alternativo, rotativo

o helicoidal de un elemento compresor móvil en el interior de un espacio cerrado fijo.

En los compresores alternativos, el elemento compresor, émbolo o pistón se mueve

alternativamente, accionado por un sistema biela-manivela, dentro de un cilindro que contiene

los vapores de refrigerante.

5.1.3.1. Compresores alternativos ordinarios

Se clasifican en distintas categorías dependiendo de:

1. Según el número de caras activas del émbolo:

- De simple efecto, donde una sola cara del émbolo es activa.

- De doble efecto, ambas caras del émbolo son activas, con dos compresiones

por vuelta. Este último es poco utilizado en la actualidad.

2. Según la dirección del émbolo:

- Compresores horizontales.

- Compresores verticales.

- Compresores radiales.


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En los compresores radiales su posición será inclinada, podremos encontrar

disposiciones en V (con dos o múltiplos de 2 cilindros), en W (tres cilindros o múltiplos de 3),

en VV (cuatro cilindros o múltiplos de 4).

1. Según el movimiento del fluido en el cilindro, en su expulsión:

- Compresores de tipo continuo, donde el vapor tiene el mismo sentido que el

fluido comprimido.

- Compresores de tipo alterno, en el que los sentidos son opuestos a las dos

caras.

2. Según la estanqueidad:

- Compresores de cárter abierto.

- Compresores de cárter cerrado, donde el sistema biela-manivela esta aislado

del exterior.

3. Según los saltos de compresión:

- De compresión simple.

- De compresión múltiple.

Los compresores alternativos pueden trabajar a compresión simple, cuando sólo

realizan un escalonamiento o a compresión múltiple, cuando realizan más de uno. Los radiales

pueden adaptarse de modo que en ellos se realice una compresión múltiple, mediante un

sencillo juego de válvulas.

Según el ámbito de aplicación y la potencia frigorífica:

- Domésticos, de menos de 500 Kcal/h

- Comerciales, entre 500 y 15.000 Kcal/h

- Industriales, de más de 15.000 Kcal/h

Muchas de estas características se pueden encontrar en un solo compresor. Los

compresores domésticos por ejemplo son siempre herméticos. Estos compresores, se


EUITN FEB-10 130

presentan exteriormente con una envolvente de acero constituida por dos partes, soldadas

eléctricamente una a la otra, cuya forma se asemeja a la de un cilindro o una esfera.

Los más comúnmente utilizados son los compresores alternativos, de los cuales

veremos algunos ejemplos en las siguientes figuras.

Ilustración 5.1. Compresor tipo VV

Ilustración 5.2. Compresor tipo W


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5.1.3.2. Compresores alternativos especiales

Este tipo de compresor nació de las necesidades que tenían algunas industrias

(químicas, farmacéuticas, etc.) de conseguir gases a presión completamente puros, es decir

desprovistos de restos de lubricantes o de materiales arrancadas por frotamiento de los

segmentos contra el cilindro, o por las anillas de cierre del cigüeñal.

Así pues, se ideó la construcción de compresores que no necesitarán lubricación entre

el pistón y el cilindro y en los que además estos elementos estuviesen separados

completamente del cárter.

En 1935 aparece el primer compresor de pistón seco, destinado a comprimir aire

atmosférico, con el fin de conseguir un buen ajuste entre pistón y cilindro lleva lo que se ha

denominado “pistón de laberinto” es decir, unas ranuras en la parte periférica del pistón, de

tamaño muy pequeño y comunicada unas con las otras en distintos puntos, de modo que al

gas le sea sumamente difícil escapar, ya que para ello ha de recorrer una serie de círculos que

progresivamente irá perdiendo velocidad y presión.

Después de estos primeros usos de los compresores de pistón seco, se pasó al campo

de la refrigeración, utilizando refrigerantes como el R-22, R-13, etano, propano, amoníaco,

etc.

Posteriormente en el compresor de segmentos especiales se sustituyen los segmentos

metálicos, por otros de tetrafluoroetileno o teflón, producto que se caracteriza por su

extraordinaria resistencia química, sus propiedades autolubricantes y por un mínimo

coeficiente de rozamiento. Se suelen adicionar elementos especiales que aumenten su

resistencia mecánica.

Este tipo de compresor es muy utilizado en la industria alimentaria y en la química.

Actualmente la mayoría de los compresores de pistón seco se construyeron con segmentos de

este material plástico.


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5.1.3.3. Compresores electromagnéticos

Este tipo de compresores se utiliza generalmente para aparatos domésticos. Su

velocidad de funcionamiento es igual a la frecuencia de la corriente alterna. Los compresores

electromagnéticos constan de tres componentes principales, fijados sobre un soporte en

fundición y suspendidos en una caja estanca de acero.

1. Un motor síncrono constituido por un circuito magnético laminar, que leva dos

bobinados unidos a los bordes de la red de alimentación y un imán.

2. Un sistema oscilatorio mecánico constituido por una lámina resorte que lleva,

encajado dentro de una aleación ligera, el imán, que puede por tanto

desplazarse según un movimiento pendular.

3. Un componente aspirador-compresor que consta esencialmente de un cilindro

fijo, un pistón llevado por el imán móvil y que permite efectuar la aspiración, y

una válvula de descarga.

Al conectar los bornes del compresor a la corriente alterna, reinduce in flujo

magnético en el núcleo del circuito magnético.

Este flujo magnético cambia continuamente de sentido, con la corriente alterna y varía

entre dos valores aproximadamente iguales y de signo contrario. Las variaciones de flujo

tienen como consecuencia la aparición de polaridades alternativamente norte y sur en las

extremidades del imán, y por consiguiente la aparición de una fuerza alternativa, según su

línea de desplazamiento.

El imán móvil se pone así en movimiento, arrastrando el pistón, que puede entonces

realizar su trabajo de compresión en el cilindro fijo, comprimiendo el fluido refrigerante

aspirado directamente de la carcasa.

5.1.3.4. Compresores rotativos

En los compresores rotativos del elemento compresor se transmite directamente por el

árbol de transmisión del motor, sin que medie ningún otro mecanismo. El elemento

compresor que puede ser de émbolo o de paletas, realiza la reducción volumétrica


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comprimiendo los vapores del refrigerante en el espacio comprendido entre el cilindro estator

y el elemento mecánico que lo complete, según el tipo de compresor.

Estos compresores presentan un movimiento continuo, lo que permite hacerlos girar a

velocidades mayores que los compresores alternativos.

Se pueden utilizar tanto con todos los tipos de refrigerantes del tipo fluorcarbonados

como con amoniaco. Sin embargo, los mejores resultados se han obtenido con fluidos cuya

temperatura de ebullición, a presión atmosférica, es relativamente elevada (-5ºC a + 15ºC).

Estos compresores se fabrican en todas las potencias y pueden conseguir un vacío muy

grande dado que su espacio perjudicial es prácticamente despreciable.

El engrase tiene en estos compresores una gran importancia y se realiza a presión.

Tiene el inconveniente de que, al no llevar juntas, la estanqueidad entre la alta y baja

presión, debe conseguirse a base de gran precisión en la fabricación. Por esta razón su campo

de aplicación es el de la media presión, utilizándose frecuentemente como compresor de

primera etapa.

Existen dos tipos fundamentales de compresores rotativos:

- Compresores de paletas.

- Compresores de excéntrica.

Compresores de paletas

Los compresores de paletas están constituidos por un rotor rasurado con varias paletas

que se instalan a distancias iguales, introducido dentro de un cilindro de tal forma que en todo

momento mantenga una generatriz común con éste.


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Ilustración 5.3. Compresor rotativo del tipo de paletas

Las paletas deslizan en sus alojamientos y están constantemente apoyadas en el

cilindro por medio de resortes, y en determinados momentos gracias a la fuerza centrífuga

desarrollada en la rotación.

El refrigerante procedente del evaporador pasa a través del orificio de aspiración o de

succión, llenando el espacio comprendido entre el cilindro, el rotor y las dos paletas

contiguas. Este volumen de refrigerante se va reduciendo al girar el rotor, comprimiéndose

hasta llegar al punto de tangencia del rotor con el cilindro, descargándose entonces el gas

comprimido por el orificio de descarga hacia el condensador.

Este tipo de compresores rotativos, requiere el use de válvulas de control en la línea de

aspiración y descarga regrese a través del compresor y de la tubería de aspiración l evaporador

cuando el compresor está pardo.

Compresores de excéntrica

Constan de un rodillo cilíndrico de acero que gira sobre un eje excéntrico, montado

esté concéntricamente con un cilindro. Debido al eje excéntrico el rodillo cilíndrico, toca sólo

al cilindro a lo largo de una generatriz.

Al girar el eje, el rodillo se desliza alrededor de la pared del cilindro, en la dirección

del sentido de giro del eje, manteniendo siempre contacto con la pared del cilindro.


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Una paleta, montada en una ranura en la pared del cilindro, está siempre en contacto

con el rodillo obligado por un resorte. Esta paleta establece la separación entre la aspiración y

la descarga.

Cuando el rodillo está tangente al cilindro en el lugar de la paleta, todo el espacio

comprendido entre el rodillo y el cilindro se llena de gas procedente del evaporador. Este

espacio va disminuyendo de volumen a medida que el rodillo gira y la descarga se efectúa

cuando el rodillo está tangente al cilindro sobre el orificio de descarga. En la descarga existe

una válvula de tipo de lengüeta que evita que el gas comprimido regrese a la cámara del

cilindro.

En este tipo de compresor la aspiración se hace de forma continua.

5.1.3.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento positivo

A) Compresores de tornillo

Estos compresores también llamados helicoidales, se utilizan igual que los

compresores centrífugos, para la obtención de potencias frigoríficas muy elevadas.

No emplean válvulas de aspiración ni de descarga y la compresión del

refrigerante evaporado se obtiene en el espacio resultante entre los engranajes helicoidales de

igual diámetro exterior, montados dentro de un cárter refundición de alta resistencia.

El compresor de tornillo, compuesto de dos engranajes helicoidales, uno macho, de

perfil semicircular, con cuatro lóbulos y el otro hembra, con seis huecos de igual perfil,

realiza la compresión de los vapores refrigerantes por la reducción volumétrica que se

consigue en el espacio cerrado entre el cárter y los huecos entre engranajes. En esta

compresión el fluido es arrastrado tanto radial como axialmente.


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Ilustración 5.4. Compresor de tornillo

Ilustración5.5. Compresor de tornillo (continuación)

Ilustración 5.6. Compresor de tornillo a gas


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Estos compresores deben ir provistos de separadores de aceite eficaces, ya que el

enfriamiento de la máquina se realiza por inyección de aceite en las diversas partes de la

misma, el cual, naturalmente se mezcla con el refrigerante aspirado. Utilizan los refrigerantes

fluorcarburados, aunque también se emplea con amoniaco.

El compresor de tornillo combina las ventajas de los compresores de desplazamiento

positivo con las de los compresores centrífugos.

B) Compresores de membrana

Este compresor, no tiene cierre de cigüeñal pues el fluido refrigerante no penetra en el

cárter, ni en el cilindro.

El funcionamiento es el siguiente:

Un pistón descarga y aspira aceite bajo una membrana pistón deformable sujeta entre

dos tapas. Esta membrana se apoya alternativamente en la tapa superior y en la inferior,

descargando y aspirando el gas cada vez.

Ilustración 5.7. Compresores de membrana


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Una bomba auxiliar movida por el cigüeñal envía aceite sobre el pistón y un limitador

de presión regulable, deja volver al cárter el aceite sobrante.

Este compresor se utiliza para pequeñas y medianas potencias. Tiene la ventaja de

suprimir la preocupación del retorno de aceite, ya que éste no se mezcla con el fluido y de

suprimir el cierre del cigüeñal, pero presenta el inconveniente de las posibles roturas de la

membrana.

C) Compresores centrífugos

Los compresores centrífugos o turbo-compresores no poseen un elemento mecánico

que realice la compresión de los vapores aspirados, sino que la compresión se debe a la fuerza

centrífuga ejercida por la rotación a alta velocidad de los rodetes.

Dichos compresores consisten fundamentalmente en una serie de rodetes, montados

sobre un eje de acero y encerrados en una cubierta de acero fundido. El número de rodetes

empleados depende de la presión final a la que haya que someter al gas. Lo más corriente son

compresores con dos, tres y cuatro rodetes.

Ilustración 5.8. Compresor centrífugo.


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5.1.4. Regulación de potencia en compresores alternativos

Un compresor se calcula y diseña para una producción frigorífica máxima en el

momento de mayores necesidades frigoríficas, regulándose después su potencia al nivel

necesario en cada momento de forma que la llegada al evaporador sea tal que éste trabaje a

plena capacidad de absorción de calor.

Esta regulación se realiza de una forma mecánica, actuando sobre los elementos del

compresor responsables de su producción frigorífica, siendo los más utilizados:

1. Acción sobre la velocidad de rotación del compresor, lo que se puede

conseguir escalonando motores con distintas velocidades, o bien con

variadores de velocidad mecánicos o eléctricos.

2. En los compresores multicilíndricos, variando el número de cilindros que están

en funcionamiento. Esto se consigue de forma automática dejando abiertas las

correspondientes válvulas de aspiración.

3. Actuando sobre el rendimiento volumétrico, con el inconveniente de ser un

método caro y difícil de automatizar.

4. Mediante el empleo de un by-pass entre la aspiración y la impulsión. Este

método es el más empleado hoy en día, aunque termodinámicamente sean

preferibles los que actúan sobre la velocidad y el número de cilindros.

5. Conectando el cilindro del compresor con el colector de aspiración y sin

actuación directa sobre las válvulas.

5.1.5. Selección del compresor

Dependiendo de las condiciones del vapor refrigerante a la entrada y la salida del

compresor, variará la capacidad refrigerante necesaria y las necesidades de potencia del

compresor, debido a esto los catálogos suministrados por los fabricantes de estos equipos


EUITN FEB-10 140

indican las capacidades refrigerantes y las necesidades de potencia para distintas

temperaturas de evaporación y condensación.

Si la selección del evaporador se ha realizado antes que la del compresor se ha de

elegir éste de acuerdo con aquél.

Los catálogos también muestran el grado de recalentamiento y subenfriamiento

establecidos en las pruebas realizadas para confeccionar las fichas técnicas requeridas, que

son normalmente los que se deben esperar que presente la instalación real. Se ha de tener en

cuenta que raras veces es posible seleccionar un compresor que tenga exactamente la

capacidad requerida por las instalaciones de diseño, de ahí que se tienda en general a

seleccionar un compresor que tenga una capacidad igual o superior a la requerida según las

condiciones de funcionamiento. Normalmente se desprecia el efecto del subenfriamiento en la

elección del compresor.

De esta forma, para seleccionar un compresor para una aplicación concreta, se

necesitan los siguientes datos:

- Capacidad refrigerante requerida (Kcal/h), y su evolución en función del

tiempo durante el funcionamiento previsible de la instalación.

- Temperatura de evaporación (ºC), que dependerá de la aplicación del sistema

frigorífico en la industria agraria que se trate.

- Temperatura de condensación (ºC), que dependerá del sistemas de

condensación que se seleccione, agua o aire.

5.2. EL EVAPORADOR

5.2.1. Definición y función

Un evaporador no es más que un intercambiador de calor, en el cual se vaporiza un

refrigerante con el objetivo de eliminar calor de un material o de un recinto. El evaporador es

el elemento productor de frío de la instalación frigorífica.


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El evaporador está situado entre la válvula de expansión y la tubería de aspiración del

compresor. Su misión es la de absorber calor del recinto a refrigerar y transmitirlo al fluido

refrigerante. Se consigue de la siguiente forma: el fluido proveniente de la válvula de

expansión entra en el evaporador a la temperatura de ebullición correspondiente a la presión

existente en el mismo, y lo hace como vapor saturado muy húmedo (título de vapor muy

bajo); debido a su baja temperatura, absorbe calor a través de las paredes del evaporador, por

lo que se evapora la fracción líquida y aumenta el título de vapor hasta el valor x=1 (vapor

saturado seco) en el momento de salida del evaporador.

5.2.2. Características que debe reunir un evaporador

Un evaporador que funcione correctamente debe cumplir una serie de condiciones,

entre las que se encuentran:

Operativas:

- La mayor parte de la superficie del evaporador debe estar en contacto con

vapor saturado húmedo y, es posible, con líquido refrigerante en ebullición,

mejorando así el coeficiente de transmisión de calor.

- La vaporización del fluido debe hacerse preferentemente por ebullición.

- El vapor debe salir saturado seco hacia el compresor. En caso contrario habrá

que colocar un separador de líquido.

- El fluido circulará por el evaporador produciendo una pérdida de carga

mínima, pero con velocidad suficiente para originar una buena transmisión de

calor.

- En su seno deben separarse del fluido frigorígeno todas las impurezas, incluso

el aceite de los oleosolubles

- Debe presentar estanqueidad y solidez respecto al refrigerante utilizado.

Constructivas:


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- Su construcción debe ser sencilla, simple de ejecución y de modo de operación,

siendo su precio bajo.

- Debe ser resistente a la corrosión.

Higiénicas y de mantenimiento:

- Ser de fácil limpieza y, en su caso desescarche; acceso fácil para inspección,

limpieza y disponibilidad para purgar aceite, lo que repercutirá en un bajo

coste de mantenimiento.

5.2.3. Clasificación de los evaporadores

De acuerdo al cometido que se les asigne, los evaporadores se pueden clasificar en:

- Evaporadores para enfriamiento del líquido;

- Evaporadores para enfriamiento de gas;

- Evaporadores congeladores;

- Evaporadores especiales.

Siguiendo esta clasificación podemos confeccionar la siguiente tabla.

Esquema 5.8. Clasificación de evaporadores

Evaporadores

Enfriamiento de líquidos

Enfriamiento de gases

Congeladores

De inmersión De serpentín De parrilla Intensivos

Horizontales Verticales

Con envolvente De tambor

Circulación natural Circulación forzada

Fábrica de hielo Acumuladores de frío

De lluvia

Multitubulares con calandria

Especiales


EUITN FEB-10 143

5.2.3.4. Evaporadores enfriadores de líquido

Según la tabla de clasificación anterior podemos distinguir:

Evaporadores de inmersión

Son los evaporadores más antiguos utilizados en la industria frigorífica, y se

encuentran totalmente sumergidos en el líquido que se desea enfriar, tomando formas

diferentes que se materializan como “serpentines” o “parrillas”, según su aplicación y,

también, de acuerdo con la naturaleza del fluido frigorígeno.

Tipo de serpentín

Este tipo de evaporadores se emplea únicamente con los fluidos con el aceite y donde

es indispensable una velocidad de circulación mínima en la mezcla líquido-vapor del fluido

frigorígeno para permitir que el aceite arrastrado por el fluido frigorígeno retorne al

compresor.

La construcción de estos evaporadores se realiza enrollando largos corrientes de tubo

del mercado unidos por soldadura, bien en forma de horquilla, de espiral o, de rectángulo.

Ilustración 5.9. Evaporador tipo serpentín en forma de horquilla

Tipo de parrilla


EUITN FEB-10 144

En las máquinas industriales y, particularmente, para el amoníaco y el R 22, los

evaporadores sumergidos adoptan la forma de “parrillas” formadas por dos colectores de tubo

estirado sin soldadura, unidos entre sí a través de tubos de diámetro más pequeño. Se

alimentan por el líquido expansionado por gravedad o a través de una bomba, a partir de un

separador de líquido colocado en la parte alta de la instalación. El líquido es admitido en el

colector inferior y los vapores son admitidos por el colector superior.

Evaporadores con circulación interna

Evaporadores multitubulares horizontales

Podemos encontrar dos tipos de evaporadores multitubulares horizontales:

- Evaporadores de NH3

- Evaporadores para fluidos clorofluorados

Evaporadores multitubulares verticales

Se distingue:

- Evaporadores de NH3 (Sistema Trepaud)

Evaporadores de lluvia (o de cortina)

Este tipo de evaporadores se viene utilizando para el enfriamiento de líquidos

alimenticios como la leche, cerveza, vino, etc.

Evaporadores especiales

- Con envolvente


EUITN FEB-10 145

Estos evaporadores se utilizan en la elaboración de sidra, en enología, y en muchas

industrias del ramo de la alimentación. También se utilizan en diversas industrias de

productos farmacéuticos, de perfumería, etc.

- De tambor

Están formados por un tambor de acero inoxidable cuya parte baja se encuentra

sumergida en el líquido que se desea cuajar o congelar. El tambor está animado por un

movimiento de rotación muy lento. El fluido frigorígeno es admitido a través de un tubo

hueco taladrado con un determinado número de agujeros que facilitan la distribución del

fluido refrigerante en el interior del tambor, mientras que otro tubo también taladrado asegura

el retorno de los vapores de fluido al compresor.

5.2.3.5. Evaporadores enfriadores de gas

El enfriamiento de gases, y particularmente del aire de los locales es idéntico en su

principio, al de los líquidos, debiendo tenerse en cuenta los tres elementos siguientes:

1. El coeficiente de transmisión superficial entre el aire (o gas) y la superficie

fría, es mucho más bajo que su homólogo en el caso del enfriamiento de

líquido.

2. Al igual que en los evaporadores enfriadores de líquidos, la velocidad de

circulación del fluido a enfriar es un factor primordial para aumentar el valor

del coeficiente global de transmisión térmica “K”.

3. Salvo en los casos particulares que se encuentran en las industrias químicas,

siderúrgicas o en ciertas aplicaciones de laboratorio, el gas que se desea enfriar

es el aire atmosférico. Este aire será el de una cámara fría en la que se desean

conservar alimentos perecederos, o el que después de tratado, se descarga en

los locales climatizados.


EUITN FEB-10 146

Evaporadores con circulación natural:

En general, se construye con tubos aleteados, y raramente con tubos. El enfriamiento

del aire se obtiene por radiación y por convección natural del aire sobre el elemento

refrigerante. Dicha circulación puede mejorarse con la ayuda de placas difusores que actúan

además, de bandeja de desagüe.

Se colocan en el techo de los locales a refrigerar. La batería de aletas está formada por

tubos de cobre con aletas de aluminio planas; la distancia entre aletas es del orden de 8 mm.

Evaporadores con circulación forzada:

Existen tres grandes tipos de evaporadores, a saber:

- Los evaporadores de techo, fijados en dicha superficie de las cámaras

frigoríficas.

- Los evaporadores murales situados contra, y fijados en las paredes de las

cámaras frigoríficas.

- Los frigoríferos, con boca de descarga, que descansan en el suelo de las

cámaras frigoríficas.

Evaporadores con tubos aleteados:

- De techo:

Están constituidos por un elemento aleteado encerrado dentro de una envolvente

metálica; la tapa superior de chapa y la bandeja de desagüe inferior canalizan el aire

impulsado por uno o varios ventiladores. Estos ventiladores pueden estar colocados sobre la

parte frontal del evaporador, sobre pantallas inclinadas o debajo del evaporador.

Estas tres disposiciones permiten construir evaporadores de alturas diferentes y de

superficies idénticas, ocupando a la vez la mínima altura posible en el techo de las cámaras

frigoríficas.


EUITN FEB-10 147

Los ventiladores pueden ser del tipo aspirante o soplante sobre el elemento aleteado.

El chorro de aire sobre elemento permite una mejor distribución del aire impulsado en la

cámara. Si la parte frontal del evaporador se halla en sentido paralelo a una pared vertical de

la cámara fría, es indispensable obtener un espacio que sirva de cámara de aspiración entre la

pared de la cámara y el elemento aleteado…

Los evaporadores destinados a la refrigeración de cámaras frías con temperaturas

negativas incorporan resistencias eléctricas desescarche adaptadas eléctricamente durante el

periodo de desescarche, a fin de evitar que se hiele el agua formada por la fusión de la

escarcha.

- Evaporadores murales

Cuando la altura de las cámaras frigoríficas de temperatura positiva, no permite el

empleo de evaporadores de tipo de techo, se obtiene la refrigeración por medio de

evaporadores murales, que tienen la ventaja, además, de su poco espesor.


EUITN FEB-10 148

5.3. CONDENSADORES

5.3.1. Definición

Los gases que partiendo del evaporador han sido posteriormente aspirados por el

compresor, es llevado a cabo en el condensador.

El condensador es el lugar donde se produce la eliminación de calor de un sistema de

refrigeración, sumidero final de la energía total introducida en el sistema. Por tanto, la carga

calorífica del condensador será siempre superior a la del evaporador en una cantidad igual al

trabajo de compresión.

Se pueden distinguir tres zonas dentro de un condensador atendiendo a que, los

vapores del refrigerante son inicialmente enfriados hasta su temperatura de saturación,

después condensados, y por último, y de forma eventual, subenfriados por debajo de la

temperatura de la condensación. La zona de vapores recalentados o zona de enfriamiento

elimina calor sensible de enfriamiento, en la condensación se elimina el calor latente de

condensación, y en la última, calor sensible de subenfriamiento. Cada una de estas zonas

estará afectada por un coeficiente global de transmisión de calor diferente, debido a las

distintas propiedades físicas de los fluidos en contacto con las paredes refrigerantes; sin

embargo, el menor coeficiente de transferencia de calor en la zona de vapores recalentados

tiende a ser equilibrado por una mayor diferencia de temperatura entre los fluidos que realizan

el intercambio.

5.3.1.2. Clasificación de los condensadores

Los condensadores se pueden clasificar según la proporción de calor intercambiado

(sensible y latente) como:

1. De calor sensible:

a) De aire:


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1) Circulación natural.

2) Circulación forzada.

b) De agua:

1) De inmersión.

2) De doble tubo a contracorriente.

3) Multitubulares.

2. De calor latente:

a) Atmosféricos:

1) Multitubulares verticales.

2) De lluvia.

3) De lluvia a contracorriente.

b) De evaporación forzada:

1) Condensadores evaporativos.

También los condensadores pueden ser clasificados en función del medio refrigerante

empleado:

- Condensadores enfriados por agua.

- Condensadores enfriados por aire.

- Condensadores evaporativos (combinación de ambos).

En los dos primeros se produce el enfriamiento a expensas de un aumento de calor

sensible del medio condensante, mientras que en el tercero se realiza gracias al calor latente

de vaporización del agua, fenómeno que se favorece mediante corrientes de aire.

Condensadores por agua

Inicialmente era clásica la utilización del condensador de doble tubo a contra

corriente, consiste en dos tubos de distinto diámetro colocados concéntricos; el refrigerante


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circula por el espacio que definen los dos tubos, y el agua por el conducto interior en sentido

contrario. Pueden conseguirse valores globales de coeficiente de transmisión de calor

relativamente altos.

Se instalan también como intercambiadores de calor para conseguir un

subenfriamiento adecuado.

Una manera perfeccionada, basada en el mismo principio, es la utilización de varios

tubos colocados vertical u horizontalmente. Los diámetros y la colocación de los tubos varían

entre unos valores que en la actualidad están prácticamente estandarizados.

Conviene aumentar al máximo la superficie de intercambio, cosa que se consigue

incorporando aletas de refrigeración a los tubos, con lo cual se logra disminuir el tamaño total.

El consume de agua suele ser mayor en los condensadores verticales que en los

horizontales y, por lo general, también suelen ser de mayor coste, hay que tener cuidado con

los diferentes tipos de agua (dureza) que se utilizan para evitar incrustaciones.

Condensadores por aire

El calor específico del aire seco o con ciertos valores de humedad relativa, que se

encuentra disponible para enfriar el refrigerante es relativamente bajo.

Este aspecto, añadido a que el coeficiente de transmisión térmica entre el aire y un

vapor condensante, como es el refrigerante procedente del compresor, es también pequeño,

hace que los caudales de aire que hay que mover para producir la condensación a una

determinada temperatura sean importantes.

Esta sería una razón que limitaría en principio la aplicación de condensadores por aire

a potencias frigoríficas no excesivamente grandes.

No obstante, y debido a la escasez cada vez mayor y por tanto a las restricciones en el

consumo del agua, así como su precio, han proliferado las máquinas frigoríficas que utilizan

el aire en la condensación.


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Generalmente, el aire se hace circular de manera forzada, orientándolo o canalizándolo

sobre el conjunto de tubos aleteados mediante electro-ventiladores.

Condensadores evaporativos

Cuando el gasto de agua sea un factor importante, por su escasez o por su costo,

pueden emplearse este tipo de condensadores. Su consumo oscila alrededor del 10% o menos

de agua de condensación de la que sería necesaria en un condensador multitubular del tipo

horizontal.

Se compone de ventilador unido mediante correas a un motor eléctrico, serpentín de

condensación, motobomba y filtro de agua, distribuidor y otros accesorios necesarios para su

funcionamiento.

5.4. LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN


Para alimentar de refrigerante el evaporador, se hace a través de un control de flujo de

refrigerante, también llamado dispositivo de expansión o estrangulación, o bien como

comúnmente se denomina: “válvula de expansión”

Este dispositivo tiene como misión:

- Reducir bruscamente la presión del refrigerante para que este se pueda

evaporar en el evaporador.

- Suministrar el evaporador toda la cantidad de refrigerante que este sea capaz de

evaporar.

- Si la válvula de expansión está muy abierta puede suministrar al evaporador tal

cantidad de refrigerante, que este no pueda evaporarlo todo. Entonces dicho

vapor saturado muy húmedo (incluso líquido), puede llegar al compresor,

originando “golpes de líquido”.


EUITN FEB-10 152

- Por el contrario si el control de flujo de refrigerante o válvula de expansión

está muy cerrado el refrigerante saldrá del evaporador excesivamente

recalentado, ocasionando en el evaporador una falta de rendimiento y una

utilización parcial del mismo.

- Delante del dispositivo de expansión, el refrigerante está a una temperatura por

encima del punto de ebullición. Al reducirle rápidamente su presión, se

produce un cambio de estado de vaporización, empezando el refrigerante a

hervir dentro del evaporador.

5.4.2. Válvulas en la instalación frigorífica. Tipos y funciones

Existen básicamente siete tipos básicos de controles de flujo de refrigerante:

- Válvula de expansión manual.

- Válvula de expansión automática.

- Válvula de expansión termostática.

- Tubo capilar.

- Válvula de flotador de alta y baja presión.

- Válvula solenoide.

- Válvula de expansión electrónica.

A continuación veremos las válvulas más comunes.

5.4.2.1. Válvulas de expansión manuales

Las válvulas de expansión manuales son válvulas de aguja operadas manualmente. El

flujo de líquido a través de la válvula depende de la diferencia de presiones a través del

orificio de la válvula y del grado de apertura de la misma, operación ésta última que se realiza

de forma manual. Asumiendo que la diferencia de presiones en la válvula permanece

constante, el flujo del líquido refrigerante a través de una válvula de expansión manual


EUITN FEB-10 153

permanecerá constante todo el tiempo, sin tener en cuenta la presión de evaporación ola carga

del evaporador.

El principal inconveniente es que no tiene respuesta a los cambios de cargadle sistema

y además debe ser ajustada manualmente cada vez que la carga del sistema varíe para prevenir

la deficiente alimentación o el exceso de carga del evaporador.

En la actualidad, el uso principal de la válvula de expansión manual se restringe a su

empleo como elemento auxiliar de control.

5.4.2.2. Válvulas de expansión automáticas

Se trata en este caso de válvulas de asiento accionadas automáticamente.

La válvula consiste principalmente en:

- Una aguja o un obturador.

- Un asiento.

- Un diafragma.

- Un muelle cuya tensión puede ser variada por medio de un tornillo.

Ilustración 5.10. Esquema de una válvula de expansión automática.


EUITN FEB-10 154

Usualmente, se instala un filtro en la entrada del líquido a la válvula al objeto de

prevenir la entrada de materiales extraños que puedan causar la obturación de la misma.

La función de la válvula de expansión automática es mantener una presión constante

en el evaporador, dándole más o menos superficie, en función de los cambios de carga del

mismo. Las características de presión constante de la válvula resultan de la acción recíproca

de dos fuerzas opuestas:

- Presión del evaporador.

- Presión del muelle.

La presión del evaporador ejercida a un lado del diafragma actúa para mover la

válvula en la dirección de cierre, mientras que la presión del muelle en el lado opuesto del

diafragma actúa moviendo la válvula en la dirección de apertura. Cuando el compresor está

funcionando la válvula funciona manteniendo en equilibrio la presión del evaporador con la

presión del muelle.

La operación de la válvula es automática y una vez que la tensión del muelle se ajusta

para una determinada presión del evaporador, la válvula operará automáticamente para

regular el flujo del líquido refrigerante en el evaporador de tal forma que la presión de

evaporación deseada sea mantenida independientemente de la carga del evaporador.

Por ejemplo, supongamos que la tensión del muelle se ajusta para mantener una

presión constante en el evaporador de 0,7 Kg/cm2. En cualquier ocasión que la presión del

evaporador tienda a disminuir por debajo de 0,7 Kg/cm2, la presión del muelle excederá a la

presión del evaporador causando el movimiento de la válvula en la dirección de apertura,

incrementando el flujo de líquido al evaporador o inundando más superficie del mismo.

Cuanta más superficie del evaporador se convierta en efectiva, el grado de

vaporización aumenta y la presión del evaporador aumenta hasta equilibrar la presión del

muelle y viceversa.

Es importante señalar que las características de funcionamiento de de la válvula de

expansión automática son tales que la válvula cierra cuando el compresor está parado y

permanece cerrada hasta que el compresor entra en funcionamiento.


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El principal inconveniente de la válvula de expansión automática es su baja eficiencia

en comparación con la de otros controles de flujo refrigerante. Debido a la relación

evaporador-compresor, es evidente que mantienen constante la presión y requiere que su

ritmo de vaporización sea también constante.

Para conseguir que se produzca lo anterior, necesita una estrangulación rigurosa del

líquido, limitando así la cantidad de superficie efectiva del evaporador, cuando la carga es

intensa y la capacidad de transferencia de calor por unidad de superficie del evaporador es

alta.

5.4.2.3. Válvula de expansión termostática

Debido a sus grandes ventajas y su fácil instalación, esta válvula es quizás la más

utilizada en sistemas frigoríficos. La válvula asegura que el vapor que se va formando en el

evaporador se recaliente hasta un cierto valor predeterminado. Este permite mantener el

evaporador completamente lleno de refrigerante bajo las condiciones de carga del sistema, sin

peligro de paso líquido a la tubería de aspiración.

Debido a su habilidad para proporcionar un uso total y efectivo de la superficie del

evaporador bajo cualquier condición de carga, este tipo de válvula es particularmente útil para

controlar sistemas de refrigeración con frecuentes variaciones de carga. Mientras la operación

de una válvula de expansión automática está basada en el mantenimiento de la presión

constante en el evaporador, la válvula de expansión termostática está basada en el

mantenimiento de un grado de recalentamiento constante en el evaporador, evitando de esta

forma los peligros de golpes de líquido al compresor y manteniendo el evaporador

completamente lleno de refrigerante bajo cualquier condición de carga del sistema.

Una válvula de expansión termostática consta:

- Aguja y asiento.

- Diafragma.

- Bulbo remoto cargado con fluido, el cual está abierto en el lado del diafragma

a través de un tubo capilar.


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- Un muelle, cuya tensión es ajustada mediante el uso de un tornillo.

Ilustración 5.11. Esquema de una válvula de expansión termostática.

Como el caso de la válvula de expansión automática y otros controles de la instalación

frigorífica, se sitúa un filtro a la entrada de líquido a la válvula para prevenir el paso de

materiales extraños a la misma que puedan causar la obturación de la válvula.

El funcionamiento de una válvula de expansión termostática es el resultado de la

acción de tres fuerzas independientes:

- Presión del evaporador.

- Presión del muelle.

- Presión ejercida por la mezcla líquido-vapor saturado en el bulbo remoto.

Salvo algunas excepciones, el fluido que se utiliza en el bulbo remoto es el mismo

fluido que emplea el sistema.


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El bulbo remoto de la válvula de expansión termostática está firmemente anclado en la

tubería de aspiración del compresor, a la salida del evaporador, donde está respondiendo a los

cambios de temperatura del refrigerante a estado de vapor en ese punto.

A efectos prácticos se considera que la temperatura del refrigerante en estado vapor en

la línea de aspiración y la temperatura de la mezcla líquido-vapor saturado en el bulbo remoto

es la misma.

Señalar que la presión del fluido en el bulbo remoto actúa en un lado del diafragma a

través del tubo capilar y tiende a mover la válvula en la dirección de apertura, mientras que la

presión del evaporador y el muelle actúan conjuntamente en el otro lado del diafragma y

tienden a mover la válvula en la dirección de cierre.

Si la caída de presión a través del evaporador es ignorada, se puede asumir que la

temperatura y presión de refrigerante son las mismas a través de todos los puntos del

evaporador donde la mezcla líquido-vapor este presente.

La válvula estará en equilibrio cuando, la fuerza que tiende a abrir la válvula es

exactamente igual a la fuerza que tiende a cerrarla:

La válvula permanecerá en equilibrio hasta un cambio en el grado de aspiración

del vapor recalentado, desequilibre las fuerzas y cause que la válvula se mueva en una

dirección o en otra.

La válvula permanecerá en equilibrio hasta que un cambio en el grado de aspiración

del vapor recalentado, desequilibre las fuerzas y cause que la válvula se mueva en una

dirección o en otra.

La válvula permanecerá en equilibrio cuando y solamente cuando, el grado de

recalentamiento del vapor que va a aspirar el compresor sea igual al fijado con el muelle en el

punto de localización del bulbo remoto. Cualquier cambio en el grado de recalentamiento en

P Evaporador + P Muelle = P Bulbo


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aspiración causará el movimiento de la válvula en una dirección tal que restaure el de

recalentamiento requerido y restablezca el equilibrio.

En todos los casos, el grado de recalentamiento requerido que provocará el equilibrio

de una válvula de expansión termostática dependerá de la presión que se ajusta en el muelle.

Por esta razón el ajuste del muelle es denominado “ajuste de recalentamiento”.

Como regla general, las válvulas de expansión termostáticas son ajustadas por el

fabricante para un grado de recalentamiento entre 7 y 10ºC.

Dado que este grado de recalentamiento es ordinariamente satisfactorio para la

mayoría de las aplicaciones no debe ser cambiado a no ser que sea absolutamente necesario.

Una vez que la válvula se ajusta para un cierto recalentamiento, la válvula lo

mantendrá independientemente de la temperatura y de la presión del evaporador.

La válvula de expansión termostática no puede ser ajustada para mantener una cierta

temperatura y presión en el evaporador, sólo un recalentamiento constante.

5.4.2.4. Tubo capilar

El tubo capilar es una tubería de líquido de pequeño diámetro que une al condensador

con el evaporador. Una parte de su longitud va soldada a una tubería de aspiración y forman

así, con su reducido coste, un intercambiador.

Por su reducido diámetro se produce en la extremidad del tubo capilar una caída de

presión, necesaria para la evaporación.

Al circular el fluido por un tubo de una sección tan pequeña, la fricción produce una

pérdida de carga y por lo tanto una pérdida de presión. A la salida del capilar se produce una

expansión brusca y se evapora parte del líquido absorbiendo calor del propio fluido, con lo

cual la temperatura del mismo disminuye enfriándose.


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La utilización de los tubos capilares en las instalaciones frigoríficas tienen las

siguientes ventajas:

- Gran sencillez. Si su aplicación es correcta funcionará indefinidamente, ya que

este dispositivo inyector no tiene partes móviles.

- El tubo capilar es de menor costo que una válvula de expansión.

- En el grupo no es necesario colocar depósito de líquido por lo cual se abarata.

- La carga de gas refrigerante es menor.

- En las paredes se equilibran las presiones, por lo cual al ponerse en marcha el

motor no tiene dificultad.

PROYECTO FIN DE CARRERA AISLAMIENTOS

EUITN FEB-10 160

CAPÍTULO 6: AISLAMIENTOS

6.1. INTRODUCCIÓN

La producción de frío es tanto más costosa cuanto más baja es la temperatura a que se

produce; por consiguiente, es indispensable economizar el frío producido protegiendo los

recintos enfriados contra las entradas de calor, disponiendo sobre las paredes de éstos un

material que sea mal conductor de calor y que, por este hecho, limite el flujo térmico

procedente del medio exterior a un valor compatible con las temperaturas interior y exterior,

en función de la temperatura reinante entre estas mismas temperaturas.

Para que un material sea “aislante”, y por ello mal conducto de calor, hace falta que

este material esté formado por gran número de células cerradas que contengan aire seco en

reposo, u otros gases, con un coeficiente de conductividad muy bajo, como el anhídrido

carbónico, el triclorotrifluoretano (R-113) o el monofluorotriclorometano (R-11). El aire

existe naturalmente en las células de ciertos materiales, como el corcho, o bien se encuentra

aprisionado en el proceso de fabricación del material (fieltros, forros, fibras de vidrio); los

gases (CO2, R-113, R-11) se introducen en el momento de la expansión de los materiales

(espumas sintéticas de poliuretano).

Estas consideraciones explican por qué todos los materiales aislantes son ligeros y

también el hecho de que el poder aislante de un material varía en razón inversa a su peso

específico. Las características aislantes de un material pueden modificarse con el paso del

tiempo y deteriorarse en función de ciertos factores exteriores.

6.2. FENÓMENO DEL CAMBIO DE CALOR

Entre dos cuerpos con temperatura diferentes, inevitablemente se produce un flujo

calorífico, el calor se desplaza del cuerpo caliente al cuerpo frío hasta que se produce el

equilibrio de temperatura.


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Ningún medio permite impedir el cambio de calor. Sólo puede modificarse su

intensidad.

El cambio de calor se produce de tres formas diferentes:

Por conducción

El calor se propaga a través de todos los cuerpos sólidos o líquidos de molécula a

molécula, suponiendo que estas últimas están inmóviles. En los gases (Teoría Cinética), los

cambios de energía se producen por los choques entre las moléculas animadas por velocidades

diferentes.

Ej.: Si mantenemos el extremo de una barra de hierro sobre un fuego el tiempo

suficiente, el otro extremo se calentará, obligándonos a quitar las manos.

Por convección

Estas formas de propagación es propia de los fluidos (gases o líquidos), las moléculas

que están directamente en contacto con un cuerpo de temperatura más alta “A” se calientan y

tienden a desplazarse por gravedad.

La restitución de las calorías absorbidas al ponerse en contacto con cuerpos de

temperatura inferior “B”, origina la creación de un ciclo de convección que la acelera los

cambios térmicos entre A y B.

Ej.: El radiador de calefacción central eleva la temperatura de las moléculas de aire se

vuelven más ligeras y suben hacia el techo, siendo inmediatamente reemplazadas por otras

que se han enfriado al contacto con las paredes u objetos que han encontrados en su recorrido.

Por radiación

La transmisión de calor por radiación se produce aún para las bajas temperaturas

siempre que dos cuerpos de temperatura diferente estén en presencia del otro, estando

separado por un medio permeable a la radiación. El calor se transforma en energía radiante,

atraviesa el medio permeable y alcanza otro cuerpo.


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Una parte de la energía se transforma en calor y es absorbida por este segundo cuerpo.

El resto de la energía se refleja bajo la forma de calor radiante. El transporte de calor por

radiación no necesita soporte material alguno: se produce, igualmente, en el vacío.

Ej.: El Sol calienta la tierra por radiación.

Generalmente, estos tres casos se producen simultáneamente.

La conducción pura tiene lugar únicamente en los cuerpos sólidos, y no siempre es

cierto que sea sólo conducción.

Así se asimilan los cambios de calor en los materiales de construcción pura. De hecho,

se trata de cuerpos porosos. En estos poros, rellenos de aire, existen radiación y convección.

Muchas veces es imposible disociar estas tres formas de transmisión y es por

simplificar por lo que se agrupa el conjunto de fenómeno bajo el nombre de conducción.

Esto no es un inconveniente, los valores de los coeficientes de conductividad dados

por la tabla se han establecidos experimentales, ya que establecerlos por cálculos era

prácticamente imposible.

6.3. MATERIALES AISLANTES.

El principal cometido de un material aislante es obviamente cumplir su función. Un

aislante térmico deberá ofrecer una buena resistencia a la transmisión del calor.

Independientemente de sus propiedades específicas, a los aislantes se les pide

cualidades complementarias.

Las principales de estas cualidades son:

- Precio o relación con el servicio que presta.

- Flexibilidad o rigidez según la estructura portante.

- Ausencia de propiedades corrosivas para los materiales con los que el aislante

está en contacto.


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- Estabilidad física y química: ausencia de dilatación excesiva al calor,

resistencia a diversos agentes de destrucción: humedad u oxidación.

- Buena resistencia mecánica.

- Estética si el producto queda visto.

- Incombustible o por lo menos ausencia de inflamabilidad.

Los materiales aislantes utilizados en la industria frigorífica suelen estar constituidos

por multitud de celdillas o células que contiene en su interior aire u otros gases en reposo,

dando lugar a una conductividad térmica muy pequeña.

La utilización térmica de estos materiales es esencial en las instalaciones frigoríficas,

limitando considerablemente la entrada de calor y reduciendo los costes de instalación y

funcionamiento de las mismas.

Las características generales de los materiales aislantes están especificadas en la

norma UNE 100171:1989 IN (informe). Según dicha norma “los materiales aislantes se

identifican en base a las características de conductividad térmica, densidad aparente,

permeabilidad al vapor de agua, absorción de agua por volumen o peso, propiedades de

resistencia mecánica a compresión y flexión, módulo de elasticidad, envejecimiento ante la

presencia de humedad, calor y radiaciones, coeficiente de dilatación térmica y

comportamiento frente a parásitos, agentes químicos y fuego”.

Según la norma, los distintos materiales aislantes se subdividen en las siguientes

clases:

MIF = Materiales Inorgánicos Fibrosos (lana de roca, fibra de vidrio, amianto), para

aplicaciones 0ºC hasta 650ºC, según el material.

MIF-f flexibles, en forma de fieltros o mantas.

MIF-s semirrígidos, en forma de planchas.

MIF-r rígidos, en forma de planchas o coquillas.


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MIC = Materiales Inorgánicos Celulares (vidrio celular), para aplicaciones desde

-50ºC hasta 100 ºC, en planchas rígidas.

MIG = Materiales Inorgánicos Granulares (perlita, vermiculita, silicato cálcico).

MIG-b para aplicaciones de baja temperatura, de 40 a 100 ºC (perlita, vermiculita).

MIG-a para aplicaciones de altas temperaturas, hasta 800 ºC (silicato cálcico).

MOC = Materiales Orgánicos Celulares (corcho, poliestireno, poliuretano, espumas

elastoméricas y fenólicas), para aplicaciones desde -50ºC hasta 100 ºC.

MRL = Materiales Reflectantes en Láminas enrollables (aluminio, acero, cobre). Por

otro parte, la norma indica que “el uso de material aislante granel, en forma de borra o

burletes, estará limitados a casos específicos, que deberán estar expresamente

autorizados”.

En particular, algunos de los materiales aislantes que se utilizan generalmente en el

aislamiento térmico de cámaras frigoríficas son los siguientes:

CORCHO, bien sea en aglomerado (k = 0,039 W/ (m ºC)), expandido (k = 0,036 W/

(m ºC)) o en tableros (k = 0,042 W/(m ºC)). Es el material más tradicional ya que, si se instala

adecuadamente, se conserva bien durante largo tiempo.

Tiene una buena resistencia mecánica, siendo adecuado para el aislamiento de suelos

de cámaras frigoríficas.

POLIESTIRENO EXPANDIDO (0,03 a 0,057 W/ (m ºC)). Material sintético más

moderno, más económico y de montaje más simple, es uno de los más utilizados en

instalaciones frigoríficas. No debe utilizarse en el aislamiento de suelos, debido a su baja

resistencia mecánica. Se suelen presentar en paneles de 1.20 x 0.60 m con espesores de 60,

120 o 140 mm, siendo los de 120 mm los más comunes.

ESPUMA DE POLIURETANO (k = 0,023 W/ (m ºC) para la mayoría de los tipos).


EUITN FEB-10 165

Material sintético económico y de fácil manejo. Puede obtenerse como espuma rígida

(poliuretano conformado) o aplicarse en el momento (poliuretano aplicado in situ). Este

último método ha sido muy utilizado, ya que la expansión puede realizarse en el interior del

molde que se desea aislar. En la actualidad, los paneles prefabricados resultan más baratos y

requieren menos mano de obra a la hora de colocarlos.

Suele aplicarse únicamente en el intervalo de temperaturas entre -30ºC y 70 ºC, por lo

que no puede utilizarse en túneles de congelación con temperaturas muy bajas, ni en tuberías

de vapor.

ESPUMA SÓLIDA DE VIDRIO (foamglas) o VIDRIO CELULAR (k = 0,44 W/ (m

ºC). Se presenta en bloques rígidos que permiten su utilización como elementos resistentes y

de cerramiento, pudiendo ser utilizados en suelos y superficies cargadas. Esto abarata la obra

civil de la cámara, ya que sustituye los materiales tradicionales más su correspondiente

aislamiento.

FIBRA DE VIDRIO, LANA DE VIDRIO O LANA MINERAL, cuya aplicación se

limita a temperaturas superiores a 0ºC. Se distinguen hasta seis tipos, dependiendo de su

densidad (desde semirrígidos hasta rígidos), con conductividades entre 0,033 W/ (m ºC) y

0,44 W/ (m ºC). Si no se especifica el tipo, se toma un valor medio de conductividad de 0,035

W/ (m ºC).

ESPUMA RÍGIDA DE POLIESTIRENO EXTRUSIONADO, con conductividad

0,033 W/ (m ºC), que se comercializa en paneles de 1,25m por 0,60 m y espesores de 30 mm,

40 mm y 50 mm, mecanizados a media madera para eliminar el puente térmico que se origina

al unir unos con otros.

6.4. ESPESOR DEL AISLAMIENTO

El cálculo del espesor que debe de tener la capa de aislante tiene cierta importancia

práctica. Así, si la cámara se aísla deficientemente será necesario invertir en mejores equipos

frigoríficos y aumentaran los gastos energéticos. Por el contrario, si se aísla en exceso los

equipos de refrigeración y el consumo serán menores, pero aumentará el coste de aislamiento.


EUITN FEB-10 166

Es necesario, por tanto, establecer cierto equilibrio entre ambos extremos. En

principio, el espesor del aislante vendrá dado por el flujo de calor que exista, por la diferencia

de temperaturas externa e interna, por la superficie a aislar, y por el tipo de aislante

seleccionado.

Este cálculo puede realizarse siempre que se conozcan todos los datos y suponiendo

que el aislamiento se realice mediante una única capa de aislante. En realidad, suele

recomendarse que el asilamiento se realice en dos capas al menos.

6.5. BARRERA O PANTALLA ANTIVAPOR

Otro aspecto a tener en cuenta en el aislamiento de instalaciones de refrigeración es la

colocación de barreras o pantallas antivapor, es decir de un material que reduzca la

transferencia de vapor. La eficacia del aislamiento de la cámara depende en gran parte de que

permanezca seca. Como sabemos, la disminución excesiva de temperatura que provoca la

condensación del agua existente en el aire (una vez que se alcance la temperatura del rocío).

Debe evitarse, por tanto, que el vapor pase al interior de la cámara mediante la

colocación, en la parte externa de la cámara, de pantallas (de betún asfáltico, por ejemplo) que

impidan el paso del vapor.

En particular, la norma UNE 100171:1989 IN señala que “los materiales aislantes

instalados sobre equipos y conducciones en cuyo interior esté un fluido a temperatura inferior

a 15 ºC llevarán siempre una barrera antivapor sobre la cara exterior del aislamiento”. Dicha

norma denomina “BA” a los materiales en láminas para barreras antivapor haciendo

referencia a los siguientes: polietileno, poliéster, aluminio, papel kraft, pinturas al esmalte y

descubrimientos asfálticos.

La norma también indica que “la eficiencia de la barrera antivapor se reduce

fuertemente cuando existen discontinuidades como, por ejemplo, juntas deficientemente

selladas, falta de solape, insuficiente espesor del material de la barrera, expansión térmica no

compensada, esfuerzos mecánicos aplicados desde, envejecimiento, etc.


EUITN FEB-10 167

Por lo tanto, se cuidará con esmero el cierre de las juntas de la barrera antivapor. En la

fijación de dichas barreras se debe evitar, por ejemplo, la realización de agujeros, por donde

penetraría fácilmente el vapor de agua.

6.6. POLIURETANO

6.6.1. Origen y obtención

El descubrimiento del poliuretano data del año 1937, aunque fue en los años 50

cuando comenzaron a desarrollarse. Desde entonces, han ido evolucionando de forma que hoy

en día forma parte de nuestro modo de vida a través de múltiples aplicaciones: en los coches

(volantes, alerones, asientos, etc.), o piezas de calzado deportivo como las suelas. En

ingeniería médica para la fabricación de piezas que se usarán en trasplantes y ortopedias;

también en la ingeniería aeroespacial y, cómo no, en la construcción y la industria del frío

(tuberías, cámaras frigoríficas, neveras, etc.).

Desde el punto de vista ecológico, y desde que tuvieron lugar los acuerdos de

protocolo de Montreal 1991, los sistemas de poliuretano cumplen las normativas y exigencias

respecto a la utilización de productos clorados que atacan a la capa de ozono. Desde Enero de

2004, los sistemas de poliuretano no utilizan CFC´s ni HCFC´s sino productos alternativos

(HFC´s) que son productos totalmente permitidos.

Los sistemas de poliuretano son muy versátiles y permiten una gama amplísima de

aplicaciones. Curiosamente, proceden básicamente de dos productos: el petróleo y el azúcar,

para obtener, después de un proceso químico de transformación, dos componentes básicos,

llamados genéricamente poliol e isocianato. La mezcla en las condiciones adecuadas de estos

dos componentes nos proporcionará, según el tipo de cada uno de ellos, una espuma para

aislamiento, rígida, o bien una espuma flexible, o un elastómero, o un rigímetro, una espuma

semirrígida, etc.

La mezcla de los dos componentes poliol e isocianato, que son líquidos a temperatura

ambiente y que habitualmente se efectúa con una maquinaria específica, produce una reacción

química exotérmica. Esta reacción química se caracteriza por la formación de enlaces entre el


EUITN FEB-10 168

poliol y el isocianato, consiguiendo una estructura sólida, uniforme y muy resistente. Además,

el calor que desprende la reacción puede utilizarse para evaporar un agente hinchante que

rellena las celdillas que se forman, de tal modo que se obtiene un producto sólido, que posee

una estructura celular, con un volumen muy superior al que ocupaban los productos líquidos.

6.6.2. La espuma rígida de poliuretano

En la espuma rígida de poliuretano para el aislamiento térmico, los componentes están

diseñados para conseguir una estructura ligera, rígida y de celdas cerradas. Estas encierran en

su interior el agente expandente que, al estar inmóvil, otorga unas características de

asilamiento térmico muy superiores a las de otros materiales que encierran en su interior otros

productos (aire, anhídrido carbónico, etc.).

La espuma rígida de poliuretano para el aislamiento térmico se caracteriza

fundamentalmente por su bajo coeficiente 1 (W/ mK). No importa que se aplique por

inyección, colocando el material líquido para que rellene una cavidad, por ejemplo los

muebles frigoríficos, o que se aplique por proyección, dejando que expanda libremente sobre

una superficie; el resultado siempre será una espuma rígida de baja densidad y con un

coeficiente de aislamiento térmico inmejorable.

6.6.3. Propiedades

6.6.3.1. Introducción

La espuma rígida de poliuretano es una materia sintética duroplástica, fuertemente

reticulada especialmente y no fusible. En las densidades habituales, para aislamiento térmico,

la espuma contiene solamente una pequeña parte del volumen de materia sólido (con una

densidad de 33 Kg/m3, sólo aprox. el 3% del volumen es materia sólida).

6.6.3.2. Estructura celular

La espuma rígida de poliuretano presenta una estructura celular predominante cerrada.

El porcentaje de celdas cerradas se sitúa normalmente por encima del 90%.


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6.6.3.3. Densidad

La densidad de la espuma rígida de poliuretano para aislamiento térmico está

comprendida, según la aplicación, entre 30 y 100 Kg/m3, pudiéndose realizar para casos

especiales densidades superiores.

6.6.3.4. Conductividad térmica

La alta capacidad de aislamiento de la espuma rígida de poliuretano no se consigue

con ningún otro material aislante conocido. Esta característica especial se debe a la muy baja

conductividad térmica que posee el gas espumante ocluido en el interior de las celdas

cerradas.

De este modo, la espuma rígida de poliuretano alcanza un valor inicial de

conductividad térmica que posee el gas espumante ocluido en el interior de las celdas

cerradas. De este modo, la espuma rígida de poliuretano alcanza un valor inicial de

conductividad térmica de referencia de 0,022 W/ mK, según UNE 92120. Debido a que las

celdas no impiden totalmente la difusión de gases a través de sus paredes, este valor de

conductividad va aumentando ligeramente con el tiempo hasta llegar finalmente a

estabilizarse. En la práctica, se considera como valor de conductividad térmica de la espuma

el obtenido por el procedimiento de incremento fijo según UNE 92120, valor envejecido de

0,028 W/mK.

6.6.3.5. Absorción de agua

La absorción de agua por la espuma rígida de poliuretano se produce en función de las

condiciones ambientales y puede tener lugar por humectación o por difusión y condensación

del vapor. Está influida fundamentalmente por la densidad y las dimensiones. En todo caso, el

contenido de humedad, en la práctica, no supera el 5% en volumen como podemos ver en el

siguiente gráfico.


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Ilustración 6.1. Absorción de agua en función de la densidad

6.6.3.6. Resistencia a la transmisión de vapor de agua

Los valores que caracterizan la resistencia al vapor de agua: la resistividad relativa µ

que es un parámetro adimensional o bien, la resistividad a la difusión del vapor de agua.

La espuma rígida de poliuretano para aislamiento térmico, densidad entre 30 y 60

Kg/m3, la resistencia a la transmisión de vapor de agua oscila entre 385 y 900 MN.s/g.m,

siendo el factor adimensional µ factor de resistencia a la transmisión de vapor de agua, entre

70 y 165. Estos valores se corresponderían a 70 en una espuma de 30 Kg/m3 sin

envejecimiento y a 165 en una espuma envejecida de 60 Kg/m3.

Los valores de resistencia aumentan con el tiempo, debido a que el emigrar parte de

los gases expandentes, su lugar ocupado por aire.

En aplicaciones con altos gradientes de vapor/temperatura (por ejemplo, aplicaciones

frigoríficas,…) será necesario colocar una barrera de vapor en la cara caliente del aislamiento

para evitar condensaciones. También sería necesaria la colocación de barreras de vapor en

algunos casos de aislamiento e impermeabilización de cubiertas, dependiendo de la zona


EUITN FEB-10 171

climática, o si el acabado o protección de la espuma se realiza con algún producto que sea

resistente al paso del vapor de agua.

6.6.3.7. Comportamiento al fuego

La espuma de poliuretano rígido, como todos los plásticos, es un material altamente

inflamable. No obstante, existen espumas de poliuretano clasificadas desde M1 hasta M4,

debiendo aplicarse unas u otras de acuerdo con el riesgo al que vayan a ser expuestas.

6.6.3.8. Estabilidad/Resistencia

La espuma rígida de poliuretano es resistente frente a los materiales habitualmente

empleados en la construcción.

Además, la espuma rígida de poliuretano es:

- Resistente, en gran medida, a los disolventes normalmente utilizados en

adhesivos, pinturas, pastas bituminosas, en conservantes para la madera y en

masillas sellantes.

- Resistente al envejecimiento, contra la acción de las raíces e inerte

bioquímicamente, por ejemplo, frente a los mohos.

- Estable frente a los carburantes, aceite mineral y los ácidos y álcalis diluidos.

- Resistente contra la acción de los gases de escape o a la atmósfera industrial

más agresiva.

- Imputrescible, estable a los detritus, inodora y fisiológicamente no presenta

inconvenientes. Es químicamente neutro.

6.6.3.9. Comportamiento térmico

La dilatación térmica de la espuma rígida de poliuretano por efecto de la temperatura

es función de la densidad y de la fijación al substrato. Cada material tiene una determinada

variación en sus dimensiones al variar la temperatura.

Además, en el caso de la espuma rígida de poliuretano, existe un gas ocluido en sus

celdas que origina un descenso de presión, con el frío, y una sobrepresión, con el calor.


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Por ello, por enfriamiento se produce una contracción y por calentamiento una

dilatación de la estructura celular.

6.6.4. Paneles tipo “Sándwich” de poliuretano inyectado

El panel sándwich de poliuretano inyectado se compone de una parte central de

espuma rígida de poliuretano adherida a dos recubrimientos externos metálicos.

A efectos de sus usos y propiedades es considerado un producto o elemento de

construcción único. El panel sándwich de poliuretano tiene en España una norma específica

propia, la UNE 41-950-94, que define las características mínimas, así como los métodos de

medición y ensayo.

El panel sándwich de poliuretano inyectado es el producto, que con el mínimo espesor

da la mayor capacidad de aislamiento.

Por esta razón, los espesores requeridos son muy inferiores a los del resto de

materiales (ver gráfico). Esta es la gran ventaja de su aplicación en cámaras frigoríficas.

Ilustración 6.2. Gráfico comparativo de distintos aislantes


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6.6.4.1. La gran capacidad aislante del panel de poliuretano

Las principales características de los paneles sándwich de poliuretano inyectado son:

- Consigue mejor aislamiento con menor espesor.

- Son autoportantes.

- Alta durabilidad de todas sus propiedades.

- Estancos al agua, vapor de agua y al aire.

- Ligeros: facilitan la reducción de cimientos y de estructura.

- Rápido y fácil montaje.

- Soporta los cambios de temperatura.

- Variedad de acabados y de diseño.

- Producto limpio.

- De fácil limpieza y mantenimiento.

- Adaptables a todo tipo de diseño y necesidades.

- Incorpora por diseño las barreras de vapor.

El diseño y fabricación de los paneles tipo sándwich permiten en paredes y techos una

estanqueidad absoluta al aire y el agua combinado con un mayor diseño.

Ilustración 6.3. Panel tipo sándwich


EUITN FEB-10 174

Ilustración 6.4. Panel tipo sándwich

Características de los paneles:

Ilustración 6.5. Tabla de propiedades “panel tipo sándwich”

Los paneles sándwich son capaces de soportar su propia carga, por virtud de sus

materiales y la concepción de su diseño, permitiendo que en muchas ocasiones no se precise

el uso de estructuras. Por lo tanto son autoportantes.

En el caso de paneles fijados a elementos estructurales éstos soportan todas las cargas

aplicadas (nieve, viento, presión interior del aire) y la transmiten a la estructura.

Dichas prestaciones mecánicas confieren al panel tipo sándwich de poliuretano, una de

sus principales virtudes: Salvar grandes luces.

PROYECTO FIN DE CARRERA ESCARCHE, DESESCARCHE Y TUBERIAS

EUITN FEB-10 175

CAPÍTULO 7: ESCARCHE, DESESCARCHE Y TUBERIAS

7.1. ESCARCHA

7.1.1. Formación de escarcha

El aire atmosférico es una mezcla de gases que contiene, especialmente, vapor de agua

en suspensión.

Este vapor tiende a depositarse sobre las superficies refrigerantes cuya temperatura es

inferior a la de la cámara, en la mayor parte de los casos por debajo de 0ºC.

Dicho vapor de agua se deposita, en forma de escarcha. Este depósito es prácticamente

ilimitado en cuanto a tiempo, ya que las paredes y las puertas de las cámaras no son

perfectamente estancas al vapor de agua y, por otra parte, las aperturas que se efectúan debido

a las necesidades del servicio motivan la entrada de aire caliente y húmedo. Los productos

almacenados, debido a la humedad que despiden, contribuyen igualmente a la formación de

escarcha sobre los elementos evaporadores.

La humedad que se desprende de los géneros, principal causante de la formación de

escarcha, tiene influencia directa y fundamental en la conservación de los mismos.

7.1.2. Consecuencia de la escarcha

La humedad atmosférica y el vapor de agua que proviene de la deshidratación de los

productos se condensan y se solidifica al contacto con las paredes interiores de los

evaporadores bajo la forma de escarcha, formada ésta por cristales de hielo entrecruzados, que

aprisionan el aire que constituyen un buen aislante. La temperatura de la superficie exterior de

esta capa de escarcha aumenta a tenor del espesor de la misma. Esta capa superficial se funde

en parte y el agua de fusión al mezclarse con los cristales que están a temperatura bajo 0ºC, se

congelan de nuevo bajo la forma de hielo, solidificándose entonces la capa. Ahora se


EUITN FEB-10 176

convierte en realidad en mejor conductor que la escarcha, aunque el aumento del espesor de la

capa helada mantenga su capacidad aislante muy elevada.

Este efecto aislante tiende:

- A rebajar la temperatura del fluido frigorígeno en ebullición, con la

consiguiente disminución de la producción frigorífica de la máquina, y el

aumento del tiempo de funcionamiento.

- Elevar el valor del grado higrométrico medio de la cámara, con la diferencia de

temperatura entre la cámara frigorífica y la capa exterior de escarcha,

disminuyendo a medida que aumenta el espesor de la misma, teniendo ello por

efecto la desfavorable modificación de las condiciones de conservación de los

géneros almacenados.

En consecuencia, teniendo en cuenta estas consideraciones y para evitar los

inconvenientes mencionados, debe efectuarse un desescarche periódico de las superficies

refrigerantes.

7.2. DESESCARCHE

7.2.1. Procedimiento de desescarche

De acuerdo con la forma en que procederemos para obtener la fusión de la escarcha,

podemos clasificar en dos grandes grupos los sistemas de desescarche:

Los procedimientos de tipo externos en los cuales la fusión de la escarcha es obtenida

a partir de la capa periférica; dicha fusión debe ser total.

Los procedimientos internos, más modernos y más rápidos, en los cuales la fusión de

la escarcha se obtiene a partir de la capa que se halla en contacto con los tubos del evaporador

sin necesidad de una fusión total, ya que la escarcha se rompe al faltarle soporte sobre los

tubos.


EUITN FEB-10 177

Procedimientos externos

- Desescarche manual (por raspado o cepillado).

- Desescarche por paro de la máquina y calentamiento natural de los

evaporadores.

- Desescarche por paro de la máquina y circulación de aire forzado sobre el

evaporador.

- Desescarche por aspersión o pulverización de agua.

Procedimientos internos

- Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.

- Desescarche por gases calientes.

- Desescarche por inversión de ciclo.

7.2.2. Desescarche eléctrico

A continuación, explicaremos el funcionamiento del método a utilizar en nuestro

proyecto para el desescarche (desescarche por resistencias eléctricas).

Es un sistema cómodo, fácil de instalar y relativamente sencillo de regular y controlar,

por lo que puede decirse que es el más generalizado.

Un juego de resistencias eléctricas acopladas en el evaporador, en íntimo contacto con

las aletas, se encarga de calentar el hielo hasta fundirlo por completo. Los problemas que

pueden presentarse con este método son:

Calentamiento del refrigerante que pueda existir en el evaporador en fase líquida.

Una vez que termina el deshielo, las resistencias puedan permanecer contactadas, con

el peligro de que se fundan por aumentar su temperatura de forma excesiva y anormal.

En ambos casos existe una pronta solución. En el primero, debe efectuarse un proceso

de vaciado previo o simultaneo a la descongelación. En el segundo, la instalación de un


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control, bien un termostato o presostato, que indique el final del ciclo de descongelación,

elimina la posibilidad de fusión de las resistencias.

El sistema de desescarche por resistencias eléctricas puede automatizarse de distintas

maneras; una de ellas es por ejemplo la siguiente:

Mediante un reloj temporizador se controla e funcionamiento de la válvula solenoide

de líquido, de los ventiladores y de juego de resistencias. Cuando el temporizador produzca

un ciclo de desescarche, se pararan los ventiladores y cerrara la válvula solenoide. Entonces la

instalación entra en un proceso de vacío, y las resistencias entran en servicio con un cierto

retraso, de manera que al compresor, al estar gobernado por un presostato de baja, le da

tiempo a parar por vacío. Una vez realizado el desescarche controlado por tiempo, se volverá

a abrir la válvula solenoide dejando pasar líquido; entonces por aumento de presión en el

circuito el compresor volverá a activarse.

La bandeja de desagüe va igualmente calefactada, para evitar que el agua o placas de

hielo que caen se vuelvan a congelar.

7.3. TUBERÍAS

7.3.1. Tuberías de refrigerante

Es obvio que entre los diferentes elementos que configuran una instalación frigorífica,

no pueden faltar canalizaciones para llevar el refrigerante de uno a otro en estado líquido o

gaseoso.

Es por ello que uno de los trabajos necesarios en la determinación de la instalación es

el cálculo de dichos conductos o tuberías de circulación del fluido frigorífico.

Podría pensarse que cualquier conducto sería suficiente, pero no es así, pues dado que

las condiciones de funcionamiento pueden llegar a ser críticas, conviene dimensionarlos de la

forma más adecuada, teniendo presente diversos criterios y razonamientos que más tarde

veremos.


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7.3.2 Características de las tuberías de refrigeración:

Los materiales más frecuentemente usados en tubería para refrigeración son el acero y

el cobre. Por economía, resistencia a la corrosión y sencillez de montaje, el más habitual es el

cobre, excepto en instalaciones que utilicen amoniaco (prohibido actualmente).Asimismo en

tuberías de más de 3 o 4 pulgadas, estas suelen ser de acero.

Las tuberías de cobre pueden ser de temple duro o suave. Los tubos estirados en frío se

sirven de longitudes de hasta 5 o 6 m mientras que las de temple suave o recocidas se

adquieren en rollos de unos 25 m de longitud.

La denominación o clasificación de las tuberías de refrigeración se dan habitualmente

por la medida exterior de su diámetro expresado en pulgadas, siendo las más habituales las

siguientes:

1/4” , 3/8” , 1/2” , 5/8” , 3/4” , 7/8” , 1” , 1 1/8” , 1 3/8” , …………………….

Normalmente la tubería recocida se utiliza en medidas de hasta 7/8”, mientras que la

rígida se fabrica ya en prácticamente todas las dimensiones y se recomienda usar siempre

tubería especial para refrigeración, desoxidada y sellada, puesto que con ello se conseguirá un

sistema más limpio. Las uniones entre estas tuberías normalmente se realizan por soldaduras

con aleación de plata. Para tubos de hasta 1/2” pueden bastar las que se denominan soldadura

suave, compuesta por 95% de estaño y 5% de aluminio.

PROYECTO FIN DE CARRERA ELEMENTOS ADICIONALES DE LAS CÁMARAS

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CAPÍTULO 8: ELEMENTOS ADICIONALES DE LAS CÁMARAS

8.1. PUERTAS

Las puertas son elementos de las cámaras frigoríficas que se encuentran sometidos

frecuentemente a un uso muy importante, por lo que sus características constructivas y

mecánicas deberán cumplir siempre las máximas exigencias.

Ilustración 8.1. Puerta cámara frigorífica

Al ser las puertas elementos que sustituyen al cerramiento y al aislante en

determinadas superficies de las paredes de las cámaras se les deben exigir las mismas

características que a ambos, además de las propias según la función que desempeñan. Entre

las cualidades más destacables que se pueden citar:


EUITN FEB-10 181

- Que sea isoterma, es decir, deberá estar aislada adecuadamente, utilizándose

generalmente en la actualidad el poliuretano como material aislante.

- Que sea estanca al vapor de agua y al aire.

- Que sea resistente a golpes, a su repetida apertura y cierre, indeformable y de

construcción ligera para facilitar su uso.

- Que sea de dimensiones y características adecuadas al tipo de cámara, sistema

de trabajo, elementos de transporte interno utilizados y de fácil mecanización

para su apertura y cierre.

Las puertas constituidas por materiales plásticos o acabadas con materiales plásticos

suelen utilizarse como contrapuertas en cámaras frigoríficas, siendo generalmente

transparentes en la parte superior y dotadas de un material resistente a los golpes en la parte

inferior. Este tipo de puertas también se utilizan en zonas refrigeradas de trabajo como salas

de despiece, salas de envasado, etc.

La utilización de resistencias de calentamiento es imprescindible en las puertas de las

cámaras frigoríficas de temperatura negativa, ya que las juntas entre la puerta y el marco son

las zonas más débiles del aislamiento y por tanto por donde el vapor de agua puede penetrar,

condensarse y congelarse, pudiendo impedir o dificultar la apertura posterior de la puerta.

Para evitar la formación de hielo en estas juntas se instalan resistencias en el marco que

permiten mantener la temperatura en esta zona a un nivel igual o superior a la del ambiente

exterior, con lo que se evitan las condensaciones de vapor de agua y su posterior congelación.

8.2. ROPA PARA EL TRABAJAR DENTRO DE LA CÁMARA

Para el trabajo en cámaras de temperatura negativa se necesita una ropa especial. Esta

ropa especial constará de guantes, gorro, chaqueta y pantalones realizados con un tejido

especial que realice la función de aislante.

Se exigirá que a la hora de adquirir la ropa esté presente sus características técnicas y

las indicaciones de trabajo para las que son aptas, así como la correspondiente acreditación de

que cumple con la normativa de la U.E.


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Ilustración 8.2. Chaqueta de trabajo para cámaras frigoríficas.

8.3. VÁLVULAS DEPRESORAS DE PRESIÓN

Algunos aspectos relacionados con el funcionamiento y manejo de las cámaras

frigoríficas como son: puesta en marcha de las cámaras, descongelación de evaporadores,

entradas importantes de mercancía, introducción rápida de gases, etc., pueden provocar

sobrepresiones o depresiones en el interior de las cámaras.

Los daños por este efecto pueden ser muy graves, por lo que debe preverse el

equilibrado de presiones de manera automática entre el exterior y el interior del recinto

frigorífico: Es por esto que en cámaras de temperatura negativa se instalan elementos para el

equilibrado de presiones, estando provistos de válvulas móviles estancas, una admisión y otra

de escape, reguladas para actuar a partir de una presión de 10 mm. c.d.a., emitiendo el

equilibrado entre las presiones exterior e interior.

Cuando las cámaras son de temperatura negativa suelen estar provistas de un sistema

de calentamiento para evitar la formación de hielo y facilitar su funcionamiento.


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8.4. ELEMENTOS DE SEGURIDAD: ALARMAS Y HACHA

En las cámaras de temperatura negativa deben tenerse en cuenta las medidas de

seguridad prescritas por el Reglamento de Seguridad de Plantas e Instalaciones Frigoríficas

como son la existencia de alarmas luminosas y sonoras en el exterior que se accionan desde el

interior y la existencia de un hacha de bombero junto a la puerta.

Asimismo conviene instalar alumbrado de emergencia sobre las puertas de las cámaras

en previsión de accidentes, en caso de fallo del sistema de iluminación.

Ilustración 8.3. Hacha de seguridad

PROYECTO FIN DE CARRERA ELEMENTOS ACCESORIOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE LA INSTALACIÓN

EUITN FEB-10 184

CAPÍTULO 9: ELEMENTOS ACCESORIOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE LA INSTALACIÓN

9.1. INTRODUCCIÓN

Resulta indispensable, a fin de conseguir que la instalación sea apta para obtener el

servicio deseado, intercalar entre los aparatos principales, otros complementarios cuya

función es la de asegurar la marcha correcta de la instalación.

9.2. SEPARADOR DE ACEITE

Se instala este elemento accesorio en la tubería de descarga del compresor, para

minimizar la concentración de aceite en el fluido refrigerante. El aceite retenido por el

separador circula hacia un depósito de aceite general del que se alimentan los cárteres de los

compresores.

No consiste en un separador simple, sino que es un sistema de separación formado por

los siguientes elementos:

- Separador de aceite: se colocará uno por cada grupo de compresores, y su

función es enviar el aceite al recipiente de aceite.

- Recipiente de aceite: también se colocará uno por cada de compresores, y se

colocará en posición superior a los reguladores de nivel, para que sean

alimentados por gravedad.

- Reguladores de nivel con visor regulador: se coloca uno por compresor.

Mantiene el nivel de aceite en el cárter, asegurando una correcta lubricación.

- Filtro de aceite: también se coloca uno por compresor.


EUITN FEB-10 185

9.3. RECIPIENTE DE LÍQUIDO

Se instala tal elemento accesorio en la línea de líquido, tras el condensador, y su

misión es recoger el refrigerante condensado para después alimentar al evaporador. Permite

amortiguar las fluctuaciones en la carga del refrigerante y mantener el condensador purgado

de líquido.

La capacidad del recipiente de líquido será tal que pueda almacenar todo el fluido

refrigerante del sistema a la presión correspondiente a la temperatura de condensación.

Estará provisto de dos válvulas manuales que los aislarán del resto de la instalación

una vez acumulado el refrigerante; también contará con un nivel de líquido.

9.4. PURGADORES DE GASES INCONDENSABLES

Se instalarán purgadores de gases incondensables a la entrada del condensador y a la

entrada del recipiente de líquido.

Estos purgadores eliminan automáticamente el aire y otros gases no condensables

presentes en el circuito del fluido refrigerante y que, de no ser eliminados, provocan un

aumento de la presión de descarga en el compresor y una disminución de la transmisión de

calor en el condensador.

9.5. FILTRO DESHIDRATADOR

Este elemento retiene la humedad que pueda aparecer en el circuito frigorífico, la cual

perjudica el funcionamiento de la válvula de expansión y puede provocar la descomposición

del aceite lubricante.

La humedad que acompaña al refrigerante puede producir partículas de hielo que se

acumulan en la válvula de expansión cerrando el paso del líquido al evaporador.


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Ilustración 9.1. Filtro deshidratador

9.6. VISORES DE LÍQUIDO

Se instalará un visor de líquido tras el deshidratador y otro en la tubería de retorno del

aceite a los compresores.

El visor de líquido tras el deshidratador detectará el nivel de humedad del fluido

refrigerante, para lo cual llevará un indicador que cambie de color cuando el contenido de

humedad rebase el valor crítico.

Permite además este elemento determinar visualmente si el sistema tiene suficiente

carga de refrigerante y si se produce una pérdida de carga excesiva con formación de burbujas

en la tubería de líquido.

El visor de líquido en la tubería de retorno de aceite a los compresores permite

verificar el funcionamiento adecuado del retorno de aceite del separador.


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9.7. FILTRO DE PARTÍCULAS

Retiene las impurezas de distinto origen presentes en la instalación y que perjudican el

buen funcionamiento general y, especialmente, de las piezas con pequeña sección de paso.

Se instalarán filtros en el compresor, en la válvula de expansión, y en la tubería de

líquido a continuación del deshidratador y del visor de líquido.

9.8. REGULADOR DE PRESIÓN DE EVAPORACIÓN

Instalado en la tubería de aspiración, a la salida del evaporador, será la función

del regulador de presión mantener la presión de evaporación por encima de un valor prefijado,

independientemente de la menor presión en la línea de aspiración, con lo que se evita el

descenso de la temperatura de evaporación por debajo de un mínimo.

9.9. REGULADOR DE PRESIÓN DE ASPIRACIÓN

Limita la presión de aspiración a un máximo determinado aunque aumente la carga del

sistema y, por tanto, la presión en los evaporadores.

Se situará a la entrada del compresor para proteger el motor contra sobrecargas en el

momento de arranque y, en general ante fluctuaciones en la presión de aspiración.

9.10. PRESOSTATO COMBINADO DE ALTA Y BAJA PRESIÓN

Se instala en el compresor, y cumple las funciones de regulación y protección. El

presostato de baja, conectado a la tubería de aspiración, asegura la marcha automática de la

instalación en función de la presión de evaporación y, además, detiene el compresor cuando la

presión de aspiración está por debajo de un cierto límite.


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El presostato de alta, conectado a la tubería de descarga, desconecta el compresor en

caso de aumento anormal de la presión de descarga.

En ambos casos, vuelve a ponerse en marcha el compresor cuando se ha restablecido

las condiciones normales de funcionamiento.

Ilustración 9.2. Presostato combinado de alta y baja presión.

9.11. PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE

El compresor se protegerá, además, con un presostato diferencial de aceite que lo

detiene en caso de reducción de la presión de aceite debido a una lubricación defectuosa.

9.12. VÁLVULA SOLENOIDE

Permite el paso de refrigerante por la tubería de líquido hacia el evaporador,

únicamente cuando el compresor funcione.

Es un tipo de válvula “todo ó nada”, formada por un bobinado de cobre y un núcleo de

hierro, que regularán el paso de refrigerante, en condiciones de excitación de la bobina. Se

sitúa al final de la tubería de líquido.


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Ilustración 9.3. Válvula solenoide

9.13. VÁLVULA DE RETENCIÓN

En muchas instalaciones, un mismo compresor alimenta diversos evaporadores a

presión y temperaturas distintas, con el consiguiente riesgo de que los vapores procedentes de

los evaporadores a alta presión, recirculen a contracorriente por los de baja presión y

temperatura, condensando en ellos y pudiéndose provocar golpes de líquido en los arranques

del compresor. Para enmendar este inconveniente, basta incorporar al circuito en los puntos

adecuados, válvulas de retención.

El principio de este tipo de válvulas es muy simple, una válvula de disco,

normalmente, obtura, mediante la fuerza ejercida por un resorte, el paso de fluido; cuando la

fuerza ejercida por el fluido supera la debida al resorte, la válvula se abre permitiendo el paso

en una dirección, siendo imposible la circulación en sentido contrario, ya que ambas fuerzas

se aplicarían en la misma dirección, manteniendo totalmente cerrada la válvula.


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Ilustración 9.4. Válvula de retención.

9.14. VÁLVULAS DE SEGURIDAD

Dispositivo empleado para evacuar el caudal de fluido necesario de tal forma que no

se sobrepasa la presión de timbre del elemento protegido.

Las válvulas de seguridad de alivio de presión están diseñadas para abrir y aliviar un

aumento de la presión interna del fluido, por exposición a condiciones anormales de

operación o a emergencias.

Son actuadas por la energía de la presión estática. Cuando en el recipiente o sistema

protegido por la válvula se produce un aumento de presión interna, hasta alcanzar la presión

de tarado, la fuerza ejercida por el muelle es equilibrada por la fuerza producida por la presión

sobre el área del disco de cierre. A partir de aquí, un pequeño aumento de presión producirá el

levantamiento del disco de cierre y permitirá la salida del fluido. Si se trata de una válvula de

seguridad de apertura instantánea, el disco de cierre se separará repentina y totalmente, debido

al incremento de la fuerza resultante del producto de la presión por el incremento del área del

disco de cierre. Pero si se trata de una válvula de alivio de presión, la válvula abrirá

proporcionalmente al incremento de presión producido. Cuando la presión disminuye, la

válvula cierra a una presión ligeramente inferior a la presión de tarado como consecuencia de

la energía cinética del fluido en el escape.


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Ilustración 9.5. Válvula de seguridad de acción o presión directa (Imperial Chemical Industries)

9.15. MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA

Los manómetros son artilugios que sirven para medir la presión de los fluidos

contenidos en recipientes cerrados. Existen básicamente dos tipos de manómetros: los

metálicos y los de líquidos.

En los manómetros metálicos la presión del gas, da lugar a deformaciones en una

cavidad o tubo metálico. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a

una aguja que marca directamente la presión del gas sobre una escala graduada.

1- Boca de salida lateral

2- Caperuza

3- Sombrerete o bonete

4- Tornillo de ajuste

5- Tuerca de fijación del ajuste

6- Palanca de apertura manual

7- Resorte

8- Husillo o vástago

9- Cuerpo

10- Placa del extremo del resorte

11- Disco de cierre de la válvula

12- Tornillo de fijación del anillo de ajuste

13- Anillo de ajuste del escape

14- Elemento de guiado inferior

15- Asiento

16- Conexión roscada al recipiente


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Son elementos de medida indispensables para el control de cualquier planta frigorífica.

En la instalación se montara uno en la tubería de aspiración (manómetro de baja) y otro en la

tubería de líquido (manómetro de alta).

Ilustración 9.6. Manómetro de baja y alta

9.16. VÁLVULAS MANUALES DE CIERRE

Son utilizadas para cerrar y abrir el paso de refrigerante en las líneas de líquido,

descarga y aspiración.

Ilustración 9.7. Válvulas manuales de cierre.


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9.17. TERMÓMETROS

La temperatura de cada cámara será indicada mediante termómetros de esfera situados

encima de la puerta de la antecámara.

Ilustración 9.8. Termómetros

9.18. TERMOSTATO DE AMBIENTE

Su misión es regular la temperatura en el interior de las cámaras entre dos límites

prefijados. Es el elemento principal de regulación del ciclo marcha/paro del circuito

frigorífico.

El termostato tiene un bulbo que se montara en cada cámara. Este bulbo a su vez tiene

en su interior un fluido; cuando ese fluido este más o menos caliente en función de la

temperatura del entorno, se generará mayor o menor presión; esta presión del bulbo actúa

sobre un interruptor que se accionará gracias a un fuelle que se deforma.


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9.19. VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL DE AGUA DE CONDENSACIÓN

Controla el caudal de agua de circulación con objeto de mantener la presión de

condensación constante. Está formada por una membrana en la que por un lado actúa la

presión de condensación, y por otro la presión de descarga del condensador.

Va colocada en la tubería de descarga del agua de circulación.

Cuando la presión de condensación baja del valor prefijado, la válvula se cierra y

cuando la presión de condensación sube de este valor prefijado, la válvula se abre.

9.20. BOMBA DE AGUA DE CIRCULACIÓN

La función de esta bomba es la de impulsar el agua de circulación en el condensador,

para que la condensación del refrigerante se produzca de forma correcta.

Ilustración 9.9. Bomba centrífuga de agua de circulación.

PROYECTO FIN DE CARRERA CONSTRUCCIÓN DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS

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CAPÍTULO 10: CONSTRUCCIÓN DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS

10.1. NOCIONES GENERALES

Debido a las muchas aplicaciones del frío artificial, cuyo campo sigue extendiéndose a

nuevas industrias, resulta extremadamente difícil reunir en este capítulo la gran diversidad de

construcciones frigoríficas que se conocen.

De todos modos, la siguiente podría ser una división de tipo general para estas

construcciones:

a) Refrigeradores construidos de albañilería y que, por consiguiente, tienen

asentamiento fijo. A estas construcciones las llamaremos cámaras, y son las

que trataremos más a fondo, ya que son las que conciernen a este proyecto.

b) Refrigeradores de madera o metálicos, construidos en forma de muebles

portátiles. (refrigeradores de tipo comercial o doméstico, vitrinas-mostradores,

conservadoras de helados, congeladores, acondicionadores de aire, etc.

c) Una variante de las cámaras y muebles citados la constituyen las cámaras

desmontables, formadas por paneles sueltos que se ensamblan en el lugar de

emplazamiento.

d) Otro grupo lo constituyen los tanques enfriadores de agua o salmuera, bien de

albañilería o metálicos, los cuales se destinan a fabricación de hielo,

enfriamiento de leche, fabricación y conservación de helados, enfriamientos de

líquidos, etc.

En cualquiera de estas construcciones existe un elemento primordial, y es el

aislamiento (*), cuya función es retardar la entrada de calor del ambiente exterior. Es evidente

que, cuanto mejor sea el aislamiento de la cámara, nevera o tanque, menor será la cantidad de

Calorías que deberán extraerse para obtener el frío necesario.

* Para más información consultar CAPÍTULO 6. EL AISLAMIENTO (pág.160).

PROYECTO FIN DE CARRERA CONSTRUCCIÓN DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS

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Otros detalles de construcción que juegan un papel importante también son, la

necesidad de un perfecto ajuste de las puertas (** ), las cuales deberán estar provistas de

burletes o empaquetaduras adecuadas, además, el aislamiento de estas deberá ser igual al del

resto de la cámara o nevera, y por último, los materiales y mano de obra empleados serán de

la mejor calidad posible.

10.2. CÁMARAS

En la construcción de una cámara frigorífica deberá tenerse en cuenta el lugar donde

quiere instalarse la misma, o sea, si es una habitación, aprovechando paredes construidas, al

aire libre, en sótanos, cuevas, etc., debiendo atenerse a las siguientes condiciones:

1. ª Cuando tenga que construirse la cámara al aire libre, deberá cuidarse la exposición

directa al sol, construyendo de ser necesario doble techo o paredes, con paso de aire

intermedio.

2. ª Cuando existan algunas paredes construidas se tendrán muy en cuenta sus

condiciones, si son húmedas o están expuestas al sol directamente, en cuyo caso debería

construirse otra pared separada, a fin de obtener un paso de aire intermedio.

3. ª Cuando se aproveche un cuarto ya construido, deberá, naturalmente, calcularse si

una vez cubiertas sus paredes con el aislante y enlucido, darán cabida a la cantidad de género

que se quiere enfriar, teniendo en cuenta el almacenaje o disposición del mismo dentro de la

cámara.

4. ª Debe preverse un sistema de iluminación interior de la cámara manejado desde

afuera.

5. ª Dependiendo de la clase de género a almacenar, de la estructura de la cámara y de

las necesidades del usuario, se colocarán, barras, ganchos, o estantes.

** Para más información consultar CAPÍTULO 8. ELEMENTOS ADICIONALES (pág.180)

PROYECTO FIN DE CARRERA MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA

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CAPÍTULO 11: MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA

11.1. INTRODUCCIÓN

Toda empresa debe darle la verdadera importancia que tiene el mantenimiento de los

equipos. Más si estos son de tal naturaleza que por su fabricación u operación no se tiene

mucho conocimiento.

Las siguientes pautas de mantenimiento que describimos a continuación, han sido

elaboradas en base a manuales de mantenimiento y experiencia de personal técnico.

11.2. MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Este tipo de mantenimiento denominado preventivo (MP) tiene por finalidad de prever

fallas imprevistas en los equipos por la falta de limpieza o ajuste de los mismos, así como de

lograr un rendimiento eficiente de la máquina y tener un récord de funcionamiento logrando

una mejor conservación y consecuentemente alargando la vida del equipo.

El MP se realiza cada 30 días (01 mes) haciendo un total de 12 MP al año y

comprende lo siguiente:

Compresores de Refrigeración

- Inspección, anotación de presiones de trabajo, succión y descarga.

- Inspección del nivel corrector de aceite, recarga si es necesario.

- Inspección de válvulas de servicio.

- Inspección de pernos de anclaje, y realización de ajuste si es necesario.

- Inspección del monitor eléctrico del compresor.

- Limpieza exterior del compresor.


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Sistema de refrigeración

- Inspección de fugas de refrigerantes en la línea de líquidos y succión revisando

bridas, válvulas, accesorios, etc.

- Verificación del sistema y su carga refrigerante

- Inspección de controles: Presostato de alta y baja; calibración si es necesario.

- Inspección de válvulas, solenoides líquidos y válvulas del tanque recibidor.

- Inspección de regulación del termostato, regulación si es necesario.

Condensadores

- Inspección del serpentín y limpieza.

- Inspección del ventilador y su motor eléctrico.

- Inspección de fuga.

- Inspección de pernos de anclaje, ajuste si es necesario.

Evaporadores

- Verificación del ciclo de descongelamiento.

- Inspección del serpentín y limpieza.

- Inspección de válvulas de expansión, ajuste si es necesario.

- Inspección de ventiladores en motores eléctricos.

- Inspección general, pruebas de fugas.

Tablero Eléctrico

- Revisión de contactores, relés térmicos.

- Revisión de Circuito Integral.

- Limpieza y ajuste de todos los elementos.

- Inspección de cables, cambio de cintas aislantes de empalmes si es necesario.

Motores eléctricos en general

- Probar aislamiento.

- Prueba de continuidad.


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- Inspección de rodajes, engrasar si es necesario.

- Inspección de placas de conexiones y limpieza.

- Medición de Voltaje y Amperaje.

PROYECTO FIN DE CARRERA ANEXO B

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ANEXO B


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PROYECTO FIN DE CARRERA ANEXO C

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ANEXO C


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PLANOS

Manual Ing Tec Naval Frio

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