REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 11. CALCULO CARGA DE ENFRIAMIENTO La carga de calor a calcular viene dado por el calor que penetra del medio externo al sitio refrigerado y el calor generado dentro del mismo espacio refrigerado. El equipo de refrigeracin debe estar en capacidad de extraer todo ese calor. 1.1. LA CARGA DE ENFRIAMIENTO Es el resultado de varias fuentes de calor como por ejemplo: Calor cedido por las personas dentro del espacio refrigerado. Calor cedido por artculos elctrico como motores, luces, etc. Calor que llega a travs de las paredes. Calor expedido por vegetales. Otros. 1.2. TIEMPO FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO Capacidad de equipo en BTU/Hr =horas enento funcionami deseado TiempoBTU entotal to enfriamien de Carga Porlanecesidaddedeshielarelevaporadoraintervalosfrecuentes,noresultapracticodisearlossistemasde refrigeracin de tal forma que el equipo deba trabajar continuamente a fin de manejar la carga. No importa la forma en que se efectue el deshielo, esto requiere determinado tiempo para efectuarse, durante el cual debe detenerse el efecto refrigerante en el serpentn mientras se efectua el deshielo. Un mtodo de deshielo consiste en detener el compresor y darlugaraqueelevaporadorsecalientehastalatemperaturaquesetieneenelespacioyconservarloaesta temperatura por tiempo suficiente hasta que se termine el deshielo del serpentn. A este mtodo se le denomina CICLO FUERA. Este mtodo tiene el inconveniente que el deshielo es lento. La experiencia dicta que cuando se emplea este mtodo de deshielo, el tiempo mximo permitido de funcionamiento del equipo es de 16 horas por cada perodo de 24 horas;lasotras8seutilizanparadeshielo,ademsdeesto,latemperatura delespaciorefrigeradodebemantenerse superior a los 34F. En los casos en que la temperatura del espacio refrigerado deba estar a menos de 34F, se emplean mtodosartificialesparacalentarelserpentn;yaseaconelementoselctricos,hidrulicosocongascalientedela descargadelcompresor.Paralossistemasqueusancalorsuplementarioparaefectuareldeshielo,eltiempode funcionamiento del equipo es de 18 a 20 horas por cada perodo de 24 horas. Como regla general se emplea 18 horas comotiempodefuncionamiento.Enrefrigeracincomercial,lacargatotaldeenfriamientosedivideen4categoras separadas: 1.2.1. CARGA QUE SE GANA EN LAS PAREDES. MuchasvecesselellamaCargadeFuga,esunamedicindelcalorquefluyeatravsdelasparedesdelespacio refrigerado del exterior hacia el interior. Ya que no se dispone de ningn aislamiento perfecto, habr una cantidad de calor que esta pasando del exterior al interior, debido a la diferencia de temperaturas. 1.2.2. CARGA QUE SE GANA POR CAMBIO DE AIRE. Al abrirse la puerta del espacio refrigerado, el aire caliente del exterior entra al espacio para reemplazar el aire frio mas denso, esto constituye una perdida en el espacio refrigerado. Lo mismo sucede con fugas. 1.2.3. CARGA DEL PRODUCTO. La constituye el calor que debe eliminarse del producto a fin de que la temperatura del mismo baje hasta el nivel deseado. El trmino producto se aplica aqu a cualquier material cuya temperatura es disminuida por el equipo de refrigeracin e incluyenosoloalosartculosdeconsumoperecederos,talescomovveres,lcteos,etc;sinotambinalgunosotros objetos tales como soldaduras, plsticos, cajas, etc. 1.2.4. CARGAS VARIAS O SUPLEMENTARIAS. Las cargas varias a veces llamadas suplementarias, toman en cuenta a varias fuentes de calor. Las principales son producidas por las personas que trabajan en el espacio refrigerado, alumbrado, equipos elctricos, etc. REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 2 1.2.5. GANANCIA DE CARGA EN PAREDES La cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo a travs de las paredes de un espacio refrigerado, es funcin de varios factores: Q =A U ( TEXT TINT ) * 24 Hr A: rea de la superficie de pared por la cual se efectua la transferencia de calor. U: Coeficiente de transmisin de calor en ( BTU/Hr Ft2 F ). Tint : Temperatura del espacio refrigerado en F Text : Temperatura exterior en F Q: Ganancia de calor a travs de la pared en BTU en un tiempo de 24 horas La ecuacin se multiplica por 24 horas debido a que siempre habr una transferencia de calor desde el espacio refrigerado hacia el exterior. El factor U es determinado por la composicin de la pared y se obtiene de tablas. En caso que el factor U no esta en tablas, se puede obtener de conocer K ( Conductividad trmica del material ) que se consigue en tablas, divida entra el espesor de dicho material: 1/U =( 1/ Ci ) +( X1 / K1 ) +(X2 / K2 ) ++( Xn / Kn ) +( 1 / Co ) U =1 / [( 1/ Ci ) +( X1 / K1 ) +(X2 / K2 ) ++( Xn / Kn ) +( 1 / Co ) ] Donde ( 1/ Ci ) : Coeficiente de conveccin ( Conductancia de superficie ) de pared interior, piso o cielo. ( 1/ Co) : Coeficiente de conveccin ( Conductancia de superficie ) de pared exterior, piso o cielo. ( Xn / Kn ) : Conductancia trmica del material n, con espesor Xn en pulgadas y conductividad trmica Kn . NOTA: Hay algunos elementos en la tabla que vienen con su conductancia, por tanto en la ecuacin se agrega como 1/C y no es necesario hacer el clculo de X/K Cuadro 1. Factores K y C para algunos materiales. MATERIALDESCRIPCIONCONDUCTIVIDAD TERMICA ( K ) EN( BTU Plg/Hr Ft2 F ) CONDUCTANCIA TERMICA ( C ) EN( BTU / Hr Ft2 F ) MamposteraLadrillo comn5 Ladrillo de fachada9 Concreto, agregado de arena12 Concreto mortero o mezcla5 Bloque de concreto Agregado de arena 4 in Agregado de arena 8 in Agregado de arena 12 in Agregado de escoria 4 in Agregado de escoria 8 in Agregado de escoria 12 in 1,4 0,9 0,78 0,9 0,58 0,53 Yeso de estucar in3,12 Barro bloque hueco 4 in0,9 Barro bloque hueco 6 in0,66 Barro bloque hueco 8 in0,54 MaderasArce, roble, maderas duras similares 1,1 Abeto, pino, maderas suaves similares 0,8 Madera contrachapada in1,6 Madera contrachapada in1,07 TechadoTechado con rollo de asfalto6,50,15 Techado armado 3/8 in 30,33 REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 3Materiales de aislamiento Bloque o rollos de fibra, mineral o de vidrio 0,27 Tabla o placa Vidrio celular Placa de corcho Fibra de vidrio Poliestireno expandido Poliuretano expandido 0,4 0,3 0,25 0,2 0,17 Relleno Papel prensado o pulpa de madera Aserrn o virutas Lana mineral Corteza de pino Fibra de madera 0,27 0,45 0,27 0,26 0,3 Aire Tranquilo1,65 Aire en movimiento ( 7,5 mph ) 4 Aire en movimiento ( 15 mph ) 6 VidrioUna hoja1,13 Dos hojas0,46 Tres hojas0,29 Cuatro hojas0,21 1.2.6. DIFERENCIAL DE TEMPERATURA ENTRE CIELO Y PARED. Cuandoseinstalaunenfriadordentrodeunedificioysetieneunaseparacinadecuadaentrelapartesuperiordel enfriador y el cielo del edificio de modo que se permita la circulacin libre del aire en la parte superior del enfriador, al cielo y al piso se les da igual tratamiento como si fueran paredes interiores. Lo que hay que tener en cuenta es que en el caso del piso, la temperatura exterior a tomar es la temperatura del suelo. Generalmente la temperatura del suelo es 10 F a 8Fpor debajo de la del ambiente. 1.2.7. EFECTOS DE RADIACIN SOLAR. Cuando las paredes de un enfriador estn situadas de tal forma que reciben una cantidad excesiva de calor por radiacin, yaseadelsolodealgnotrocuerpocaliente,porlogenerallatemperaturaenlasuperficieexteriordelaparedes considerablementemayoralatemperaturadelaireambiente.Debidoaquecualquierincrementoquesetengaenla temperaturadelasuperficieexteriorharqueseincrementeeldiferencialdetemperaturaatravsdelapared,el diferencial de temperatura a travs de la pared deber ser corregido para compensar el efecto solar. Estos valores ( FR ) en grados F se agregan al diferencial normal de temperatura. El proceso para calcularlo es igual al que se aplica a las paredes. Q =A U ( TEXT TINT +FR ) * 24 horas Cuadro 2. Valores de FR en F TIPO DE SUPERFICIEPARED ESTEPARED SURPARED OESTETECHO PLANO Superficies color oscuro tales como: Losas de techo Techos Impermeabilizados Pinturas negras 8 5 8 20 Superficies color medio tales como: Madera sin pintar Ladrillo Teja roja Cemento oscuro Pintura roja, gris o verde 6 4 6 15 REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 4Superficies color ligero tales como: Piedra blanca Cemento color ligero Pintura blanca 4 2 2 9 1.2.8. CALCULO DE LA GANANCIA DE CARGA EN PAREDES. Se tienen en cuenta la ganancia de calor a travs de todas las paredes incluyendo piso y techo. Q =[ QPAREDES +QPISO +QTECHO ] REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 5 REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 6REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 71.2.9. CALCULO DE LA CARGA POR CAMBIOS DE AIRE. Es tal vez una de las cargas difciles de hallar. Cuando se conoce la masa de aire exterior que entra al espacio refrigerado en un periodo de 24 horas, el calor generado dentro del espacio como resultado de los cambios de aire depende de la diferencia de entalpas de las condiciones interiores y exteriores, mediante la ecuacin:

QCAMBIOS DE AIRE =mAIRE ( hEXTERIOR hINTERIOR ) Donde: m : Masa de aire hexterior: Entalpa del aire exterior en BTU/Lbm hinterior: Entalpa del aire interior en BTU/Lbm Pero, debido a efectos de practicidad, las cantidades de aire se dan en Ft3 o Ft3/Hr. Para calcular la carga de calor por cambios de aire, se multiplica el valor del volumen total de aire que entra en 24 horaspor un factor de cambio de aire ( FCA)cuyasunidadessonBTU/Ft3.ElfactordecambiodeaireFCAdependedelatemperaturainteriordelespacio refrigerado, de las condiciones fsicas del aire que entra y de la temperatura de almacenaje y se obtiene de las siguientes tablas: Cuadro 3. Valores de FCA en BTU/Ft3. TEMP CUARTO FRIO F TEMPERATURA AIRE DE ENTRADA EN F 80 F90 F95 F100 F HUMEDAD RELATIVA AIRE ENTRADA EN % 50607050607050605060 650.650.851.120.931.171.441.241.541.581.95 600.851.031.261.131.371.641.441.741.782.15 551.121.341.571.411.661.931.722.012.062.44 501.321.541.781.621.872.151.932.222.282.65 451.501.731.971.802.062.342.122.422.472.85 401.691.922.162.002.262.542.312.622.673.06 351.862.092.342.172.432.722.492.792.853.24 302.002.242.492.262.532.822.642.942.953.35 TEMP CUARTO FRIO F TEMPERATURA AIRE DE ENTRADA EN F 40 F50 F80 F90 F100 F HUMEDAD RELATIVA AIRE ENTRADA EN % 70807080506050605060 300,240,290,580,661,691,872,262,532,953,35 250.410.450.750.831.862.052.442.713.143.54 200.560.610.910.992.042.222.622.903.333.73 150.710.751.061.142.202.392.803.073.513.92 100.850.891.191.272.382.522.933.203.644.04 50.981.031.341.422.512.713.123.403.844.27 01.121.171.481.562.682.863.283.564.014.43 -51.231.281.591.672.792.983.413.694.154.57 -101.351.411.731.812.933.133.563.854.317.74 -151.501.531.851.933.053.253.673.964.424.86 -201.631.682.012.093.243.443.884.184.665.10 -251.771.802.122.213.383.564.004.304.785.21 -301.901.952.292.383.553.764.214.515.005.44 La ecuacin quedara: QCAMBIOS DE AIRE =VAIRE IN * FCA Donde: VAIRE IN : Volumen de aire que entra al espacio refrigerado en Ft3. FCA: Factor de cambio de aire en BTU/Ft3. En el caso que no se tenga clara la cantidad de entrada de aire al espacio refrigerado ya sea por rendijas y puertas que se abren; la cantidad de aire exterior que entra depende del nmero, tamao y localizacin de la puerta y sobre todo de la frecuencia con que son abiertas. Debido a que el efecto combinado de todos estos factores varia en cada instalacin en particular y a que es difcil predecir con exactitud razonable, es practica general estimar la cantidad de cambios de aire REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 8con base a la experiencia tenida. La experiencia indica que como regla general, la frecuencia y la duracin de abertura de puertas y, por lo tanto, la cantidad de cambio de aire, depende del volumen interior del espacio refrigerado y del tipo de uso. En relacin con el tipo de uso se conoce: Usopromedio:Incluyeinstalacionesnosujetasatemperaturasextremasydondelacantidaddealimentos manejados en el refrigerador no es irregular. Los refrigeradores que tienen manjares delicados y los de clubes, generalmente caen en este tipo de uso. Usopesado:Incluyeinstalacionestalescomolasquesetienenenmercadosmuyconcurridos,cocinasde restaurantes y hoteles donde las temperaturas del cuarto son probablemente altas, donde se colocan en forma precipitada cargas pesada en el refrigerador y donde con frecuencia se colocan cantidades grandes de alimentos calientes. Con base en lo expresado anteriormente, se puede replantear la ecuacin anterior de calor en la siguiente forma: QCAMBIOS DE AIRE =VESPACIO REFRIG * FCA * CA Donde: Vespacio refrig : Volumen interior del espacio refrigerado en Ft3. FCA: Factor de cambio de aire en BTU/Ft3. CA : Cambio de aire. Esta unidad es adimensional. El factor CA se puede hallar en las siguientes tablas y depende del volumen interior del espacio refrigerado y la temperatura de almacenamiento. Cuadro 4. CA para cambio de aire promedio por 24 horas en cuartos de almacenaje superior de 32 F debido a la abertura de puertas en infiltracin. VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr 25038.0100017.560006.5300002.7 30034.5150014.080005.5400002.3 35032.0175013.090005.2450002.15 40029.5200012.0100004.9500002.0 45027.75250010.75125004.4625001.8 50026.030009.5150003.9750001.6 55024.535008.85175003.7875001.5 60023.040008.2200003.51000001.4 70021.545007.7225003.25 80020.50007.2250003.0 NOTA:No se aplica a cuartos que tienen ductos de ventilacin o rendijas. Para cuartos con almacn de antesala, se reducen los cambios de aire al 50% de los valores dados en la tabla o multiplicar los valores de la tabla por 0.5. Para uso de servicio pesado, agregar 50% a los valores de la tabla o multiplicar los valores de la tabla por 1.5 Cuadro 5. CA para cambio de aire promedio por 24 horas en cuartos de almacenaje inferior de 32 F debido a la abertura de puertas en infiltracin. VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr VOLUMEN INTERIOR EN Ft3 CAMBIO AIRE POR 24 Hr 25029.0100013.550005.6250002.3 27527.6125012.255005.3275002.2 30026.2150011.060005.0300002.1 35024.3175010.170004.6350001.95 40022.520009.380004.3400001.8 45021.2522508.790004.05450001.7 50020.025008.1100003.8500001.6 55019.027507.75125003.4625001.45 60018.030007.4150003.0750001.3 REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 970016.6535006.85175002.8875001.2 80015.340006.3200002.61000001.1 NOTA:No se aplica a cuartos que tienen ductos de ventilacin o rendijas. Para cuartos con almacn de antesala, se reducen los cambios de aire al 50% de los valores dados en la tabla o multiplicar los valores de la tabla por 0.5. Para uso de servicio pesado, agregar 50% a los valores de la tabla o multiplicar los valores de la tabla por 1.5. Para cuartos en plantas que tienen gavetas, doblar los valores de la tabla o multiplicar los mismos por 2. 1.2.10. CARGA DEL PRODUCTO. Cuando el producto entra al espacio de almacenamiento a temperatura mayor que la que se tiene dentro del espacio refrigerado, el producto ceder calor al dicho espacio hasta la temperatura que se tiene en el espacio. En estos casos, el calor ganado en el espacio, que proviene del producto se calcula por la ecuacin: QPRODUCTO =m Ce ( T ) Donde: Q : Cantidad de calor cedido por el producto en BTU. m : Masa del producto en libras Ce : Calor especfico del producto arriba o debajo del punto de congelacin en BTU/Lbm F. T : Cambio en la temperatura del producto. El valor de C se obtiene de tablas y es independiente de cada producto y del punto de congelacin del producto, o sea, existe un calor especfico antes de congelacin y otro valor para despus del punto de congelacin. Cuando el tiempo de enfriamiento deseado es menor de 24 horas, la carga equivalente se calcula por la siguiente formula: QPRODUCTO =m Ce ( T )* ( 24 Hrs / Tiempo de enfriamiento en Hr ) 1.2.11. FACTOR DE RAPIDEZ DE ENFRIAMIENTO. Durante la primera parte del periodo de enfriamiento, la carga del equipo en BTU por hora es considerablemente mayor que la carga promedio horaria del producto calculada anteriormente. Para compensar la desigualdad de distribucin de la carga de enfriamiento, se introduce a veces un factor de rapidez de enfriamiento ( FRE ). El efecto de dicho factor es incrementar la carga del producto de modo que dicha carga de enfriamiento promedio horaria sea aproximadamente igual a la que corresponda a la condicin de pico mximo. La ecuacin corregida sera: QPRODUCTO =m Ce ( T ) / ( FRE ) El factor de rapidez de enfriamiento ( FRE ) es un valor adimensional y depende del tipo de producto a enfriar. Dicho valor seaplicaporlogeneralacuartosdeenfriamientoynormalmentenoseutilizaenclculosdecargaparacuartosde almacenaje. Si se desea un tiempo de enfriamiento menor de 24 horas, la formula quedara: QPRODUCTO =m Ce ( T )* ( 24 Hrs / FRE *Tiempo de enfriamiento en Hr ) 1.2.12. CONGELAMIENTO Y ALMACENAJ E DEL PRODUCTO. Cuando un producto va a ser congelado y almacenado a una temperatura menor que la de su temperatura de congelacin, la carga del producto se calcula en tres partes: El calor cedido por el producto al enfriarse desde la temperatura de entrada hasta su temperatura de congelacin. Q1 =m Ce (Tentrada - Tcongelacion)/( FRE ) , Donde Ce es el calor especifico por encima del punto de congelacin Si se tienen periodos de enfriamiento menores de 24 hrs: Q1 =m Ce ( Tentrada - Tcongelacion)* ( 24 Hrs / FRE *Tiempo de enfriamiento en Hr ) REFRIGERACION ING. ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ REGIONAL SUCREFOXMANCOL@HOTMAIL.COM 10 El calor cedido por el producto en su proceso de congelacin. Q2 =m ( hif ) Donde: m : Masa del producto hif : Calor latente fusin del producto en BTU/Lbs El calor latente ( hif ) es una propiedad del producto y se consigue su valor en tablas estipuladas. Si se tienen periodos de enfriamiento menores de 24 hrs: Q2 =m ( hif ) * ( 24 Hr/tiempo enfriamiento en hr ) El calor cedido por el producto para enfriarse desde su temperatura de congelacin hasta la temperatura final de almacenaje. Q3 =m Ce` ( TCONGELACION- TFINAL ) , Donde Ce` es el calor especifico por debajo del punto de congelacin Si se tienen periodos de enfriamiento menores de 24 hrs: Q3 =m Ce` ( TCONGELACION- TFINAL )* ( 24 Hrs / FRE *Tiempo de enfriamiento en Hr ) Ahora el calor total cedido por el producto en BTU es:Qproducto =( Q1 +Q2 +Q3 ) Como resumen se puede concluir que: Si TFINAL >TCONGELACION entonces se calcula Q1. Si se desea congelar a la TCONGELACION entonces se calcula Q1 y Q2. Si TFINAL