ifr 3.selección de máquinas y equipos

Instalaciones Frigoríficas

MÓDULO

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IA

3Selección de

Máquinas y Equipos

Técnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Frío,

Climatización y Producción de Calor

CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

Título del Módulo: INSTALACIONES FRIGORÍFICAS Dirección: Dirección General de Formación Profesional.

Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente.

Dirección de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera García Arturo García Fernández Ascensión Solís Fernández Juan Carlos Quirós Quirós Luis María Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antuña Yolanda Álvarez Granda

Coordinación de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera

Autor: Efrén Andrés Díaz

Desarrollo del Proyecto: Fundación Metal Asturias

Coordinación:

Javier Maestro del Estal Monserrat Rodríguez Fernández

Equipo Técnico de Redacción: Alfonso Fernández Mejías Nuria Biforcos Fernández Laura García Fernández María Mera López

Diseño y maquetación: Begoña Codina González Sofía Ardura Gancedo Alberto Busto Martínez María Isabel Toral Alonso

Colección: Materiales didácticos de aula Serie: Formación Profesional Específica Edita: Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: 978-84-690-8583-7 Depósito Legal: AS-05744-2007 Copyright: © 2007. Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Todos los derechos reservados. La reproducción de las imágenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicación se acogen a lo establecido en el artículo 32 (citas y reseñas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que “se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extraídas de documentos ya divulgados por vía comercial o por Internet, se hace a título de cita, análisis o comentario crítico, y se utilizan solamente con fines docentes”. Esta publicación tiene fines exclusivamente educativos. Queda prohibida la venta de este material a terceros, así como la reproducción total o parcial de sus contenidos sin autorización expresa de los autores y del Copyright.

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Selección de Máquinas y Equipos 3

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Sumario general

Objetivos .............................................................................................. 4

Conocimientos ...................................................................................... 5

Introducción .......................................................................................... 6

Contenidos generales............................................................................. 6

Carga térmica de una cámara frigorífica.............................................. 7

Selección del evaporador.................................................................... 15

Selección de la unidad condensadora, válvula de expansión y tuberías. .... 27

Ejemplo de aplicación......................................................................... 42

Resumen................................................................................................ 52

Autoevaluación ..................................................................................... 54

Respuestas de actividades...................................................................... 58

Respuestas de autoevaluación. .............................................................. 62

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Módulo: Instalaciones FrigoríficasTé

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Objetivos

Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:

Cuantificar las ganancias de calor que se producen en una cámara frigorífica por distintos motivos (entrada a través de paredes, carga de género, apertura de puertas, etc.).

Determinar la potencia frigorífica de la instalación capaz de extraer las ganancias de calor producidas en el interior de la cámara.

Seleccionar en catálogos técnico-comerciales el evaporador más adecuado y que mantenga el aire interior en las condiciones de temperatura y humedad deseadas.

Seleccionar en catálogos técnico-comerciales la unidad condensadora, válvula de expansión y tuberías en función de la potencia frigorífica de la instalación.

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Conocimientos que deberías adquirir

CONCEPTOSS

• Carga térmica de una cámara frigorífica. Calor específico y calor latente de cambio de estado de una sustancia.

• Potencia frigorífica de una instalación.

• Salto o diferencial térmico de un evaporador. Capacidad nominal y factores de co-rrección.

• Salto o diferencial térmico de un condensador. Interpolación gráfica y analítica.

PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS

• Cálculo de la carga térmica de una cámara frigorífica en distintas condiciones de temperatura exterior, de conservación y de carga de género.

• Cálculo de la potencia frigorífica de la instalación en función de la carga térmica.

• Selección en catálogos técnico-comerciales de los elementos de la instalación frigo-rífica (evaporador, unidad condensadora, válvula de expansión y tuberías), tomando como referencia la potencia frigorífica calculada.

ACTITUDESS

• Alerta a la detección de posibles causas que supongan ganancias de calor en una cámara frigorífica.

• Analítica respecto a cómo influyen en el funcionamiento de la instalación los facto-res que intervienen en la selección de los componentes.

• Autónoma, respecto a la posibilidad de extrapolar los conocimientos adquiridos a instalaciones similares no contempladas en la unidad.

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Módulo: Instalaciones Frigoríficas

Introducción

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Prod

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Las cámaras frigoríficas llevan asociados equipos frigoríficos cuya función es extraer el calor que se genera o se introduce en su interior. Generalmente la potencia de estos equipos está íntimamente relacionada con el tamaño de la cámara, pero sorprende ob-servar que, en ocasiones, una cámara de grandes dimensiones lleve asociado un equipo de poca potencia y viceversa. ∂A qué se debe esta aparente contradicción?

Unas cámaras son abiertas frecuentemente para introducir en ellas grandes cantidades de género, mientras que otras pueden permanecer cerradas largos períodos de tiempo sin que en ellas entre ni salga género alguno. Unas congelan el género, mientras que otras se limitan a conservarlo ligeramente fresco. ∂Qué potencia tienen que tener los equipos asociados a estas cámaras?

Valorar la potencia de las instalaciones en función de las necesidades te ayudará a efectuar una selección equilibrada de sus componentes, permitiéndote además realizar y ejecutar pequeños proyectos de instalaciones.

Contenidos generales

En esta unidad didáctica estudiarás, por un lado, los factores que determinan la selección del equipo frigorífico para que sea capaz de mantener el aire de la cámara frigorífica en las condiciones de temperatura y humedad que requiere el producto almacenado.

Por otro lado, también estudiarás los datos que proporcionan los catálogos técnico-comerciales respecto a los componentes de la instalación frigorífica, y en particular los aspectos sobre los que debes centrar tu atención al efectuar la selección.

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Carga térmica de una cámara frigorífica

Las cámaras frigoríficas son recintos aislados diseñados con el fin de evitar la entrada de calor exterior. Si la cámara permaneciera cerrada indefinidamente, tan solo entraría en ella el calor que atraviesa sus paredes. Pero de nada servi-ría una cámara frigorífica si no se pudiera acceder al género almacenado en su interior, y para acceder a él hay que abrir puertas, encender luces y quizá accionar algún motor eléctrico.

∂Se genera calor en estas acciones? ∂Qué otras fuentes de calor te parece que puede haber en el interior de una cámara?

En el capítulo anterior ha sido analizada la entrada de calor a través de las paredes de la cámara, pero esa no es la única fuente de calor. He aquí una relación de las distintas fuen-tes de calor que se pueden encontrar en una cámara frigorífica:

FUENTES DE CALOR CARACTERÍSTICAS

A través de las paredes El calor exterior se propaga hacia el interior por conducción a través del material que constituye las paredes de la cámara.

A través de las puertas Cada vez que se abre la puerta de la cámara sale una por-ción de aire frío de su interior y entra otra porción de aire caliente procedente del exterior.

Motores eléctricos

Estos motores emiten calor debido al efecto Joule. En una cámara frigorífica se pueden encontrar motores en los venti-ladores de los evaporadores dinámicos y en la maquinaria utilizada para la elevación o el transporte del género (carre-tillas elevadoras, carros, etc.).

Desescarches

Los desescarches de los evaporadores se llevan a cabo ge-neralmente mediante resistencias eléctricas o mediante la introducción de gas caliente en el evaporador. En ambos casos la emisión de calor es considerable.

Iluminación interior Cada fuente de luz es al mismo tiempo una fuente de calor que ha de ser tenida en cuenta en los cálculos.

Tabla 1: Fuentes de calor que podemos encontrar en una cámara frigorífica. (Continúa)


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FUENTES DE CALOR CARACTERÍSTICAS

Personas que trabajan en su interior

Las personas que trabajan en el interior de las cámaras frigo-ríficas emiten calor, si bien esta emisión queda considera-blemente reducida por las prendas de abrigo.

Por carga de género Normalmente el género que se introduce en la cámara está a una temperatura más elevada que la reinante en el interior.

Por respiración de frutas y verduras

Los vegetales continúan su ciclo vital después de ser recolectados. La respiración de éstos supone también una emisión de calor.

Renovación de aire en frutas y verduras

Para evitar la formación de gases durante su periodo de vida, es necesario renovar el aire interior periódicamente. Esta renovación supone introducir aire caliente procedente del exterior.

Para mantener una baja temperatura en la cámara es necesario que el equipo frigorífico evacue el calor generado por cualquiera de estas causas. Conocer la cantidad de calor que se introduce en la cámara será, por tanto, el primer paso para la selección del equipo.

Cálculo de la carga térmica

En cámaras de tamaño medio es frecuente calcular la carga térmica diaria y seleccionar a continuación el equipo frigorífico en función de este cálculo. Detallamos a continuación este procedimiento.

o Calor a través de las paredes

Como ya hemos mencionado en el capítulo anterior, la cantidad de calor que atraviesa las paredes de una cámara se calcula mediante la expresión:

Se denomina carga térmica al calor total que entra o se genera en la cámara en untiempo determinado por cualquiera de las causas citadas en el apartado anterior.

)( iep TTe

SQ −××=λ

• S es la superficie de paredes, suelo y techo de la cámara en m2. • λ es el coeficiente de conductividad térmica del aislante en

W/mK (tabla 2). • e es el espesor del aislante en metros. • Te y Ti son las temperaturas exterior e interior de la cámara en

grados Kelvin (K) o en grados centígrados (≥C) indistintamente.

Tabla 1 (continuación): Fuentes de calor que podemos encontrar en una cámara frigorífica.

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Qp se obtiene en W, o lo que es lo mismo, en J/s; por lo que la expresión anterior nos pro-porciona el calor (en Julios) que atraviesa la pared en cada segundo. Para obtener el calor que entra diariamente en la cámara habrá que multiplicar dicha expresión por los 86.400 segundos que tiene un día. Por otra parte, para obtener el resultado en kJ habrá que dividir la expresión entre 1.000.

Así pues, la expresión tomará la forma:

O bien:

Las temperaturas Te y Ti, así como otras que aparecerán más adelante, puedenser expresadas en grados Kelvin o centígrados indistintamente, ya que ambosgrados representan el mismo intervalo de temperatura.

000.1400.86)( ×−××= iep TT

eSQ λ

4,86)( ×−××= iep TTe

SQ λ

Obteniéndose Qp en kJ/día.

DENSIDAD/CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Material Densidad

(kg/m3) Conductividad

(W/mK) De 90 a 110 0,043

Paneles de corcho De 110 a 150 0,037

De 13 a 20 0,048

De 20 a 50 0,037 Fibra de vidrio

De 50 a 100 0,036

De 10 a 12 0,047

De 12 a 15 0,044

De 15 a 20 0,038

De 20 a 25 0,035

Poliestireno expandido

De 25 a 50 0,033

Tabla 2: Densidad y conductividad térmica de algunos materiales aislantes. (Continúa).

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Material Densidad

(kg/m3) Conductividad

(W/mK) De 25 a 30 0,034

Poliestireno extrudido De 30 a 50 0,027

De 28 a 32 0,023

De 32 a 40 0,020 Espuma de poliuretano

De 40 a 80 0,020

De 40 a 55 0,040

De 55 a 70 0,039

De 70 a 100 0,038 Lana de roca

De 100 a 120 0,037

De 120 a 130 0,046 Vidrio celular

De 130 a 140 0,048

90 (coquillas) 0,030 Espuma elastomérica

113 (planchas) 0,030

vTabla 2 (continuación): Densidad y conducti idad térmica de algunos materiales aislantes.

o Calor por servicio

Se engloban en este apartado las ganancias de calor debidas a factores tales como la aper-tura de puertas y correspondiente renovación de aire, motores, iluminación y personas.

Estas ganancias de calor están directamente relacionadas con el tamaño de la cámara, y su cuantificación aproximada puede obtenerse como porcentaje de las ganancias de calor a través de las paredes.

ps QQ %=

El porcentaje a emplear en cada caso será:

Grandes cámaras de conservación: 10%

Detallistas: 25%

Restaurantes, bares y pastelerías: 40%

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o Calor por carga de género

Generalmente el género se introduce en la cámara a una temperatura mayor que la que reina en su interior. La expresión siguiente nos permite obtener el calor a extraer del géne-ro para que su temperatura descienda hasta la temperatura de conservación, siempre que no haya durante el proceso un cambio de fase (congelación del género):

)( ienteg TTCmQ −××=

• m es la masa de género que se introduce diariamente (kg/día).

• Ce es el calor específico del género en kJ/kgK (Tabla 3).

• Tent es la temperatura de entrada del género en K. • Ti es la temperatura interior de la cámara en K (Tabla 3).

• Qg se obtiene en kJ/día.

El calor específico expresa el calor que hay que extraer a la unidad de masa de determina-da sustancia para hacer variar su temperatura un grado; en el Sistema Internacional sus unidades son el julio por kilo y kelvin.

El género puede entrar en la cámara a temperatura positiva, en cuyo caso se utilizará el calor específico antes de la congelación; si el género entra en la cámara ya congelado se utilizará el calor específico después de la congelación. Estos calores específicos pueden consultarse en la Tabla 3.

Producto T≤ (ºC)

Humedad relativa

(%)

Calor espe-cífico antes de conge-

lación

Calor espe-cífico des-pués de

congelación

Calor latente (kJ/kg)

Calor de respira-

ción (kJ/kg día)

Carnes

Aves congeladas -18º 90 3,3 1,76 246

Aves frescas 0º 85/90 3,3 1,76 246

Carne de cerdo congelada -18º 90 2,13 1,3 128

Carne de cerdo fresca 0º/+1º 80/85 2,13 1,3 128

Cordero congelado -18º 90 3,0 1,86 216

Cordero fresco 0/1º 82 3,0 1,86 216

Hígado congelado -18º 90 3,3 1,8 245

Hígado fresco 0º/+1º 83 3,3 1,8 245

Jamón congelado -18º 90 2,53 1,46 167

Tabla 3: Datos relativos a los alimentos refrigerados. (Continúa)

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Producto T≤ (ºC)

Humedad relativa

(%)


lación


congelación


Calor de respira-

ción (kJ/kg día)

Carnes

Jamón fresco 0/+1º 80 2,53 1,46 167

Manteca de cerdo congelada -18º 90 2,09 1,42 210

Manteca de cerdo fresca +7º 80 2,09 1,42 210

Salchicha congelada -18º 90 3,73 2,34 216

Salchicha fresca 0º/+1º 80 3,73 2,34 216

Tocino congelado -18º 90 1,53 1,1 68

Tocino fresco 0º/+1º 60/70 1,53 1,1 68

Vaca congelada -18º 90 3,08 1,67 223

Vaca fresca 0º/1º 80/85 3,08 1,67 223

Verduras y hortalizas

Aceituna +7º/+10º 85/90 3,25 1,76 251 1,0

Ajo 0º 65/70 2,89 1,67 207

Alcachofa 0º/+1º 82 3,64 1,88 280

Alubias verdes +4º/+7º 85 3,81 1,97 298 11,6

Cebolla 0º 65/70 3,77 1,93 288 1,0

Coliflor 0º 80/85 3,89 1,97 307 4,5

Espárrago 0º/+2º 80 3,94 2,00 312 11,1

Espinaca 0º 80 3,94 2,00 307 11,1

Guisante 0º 80 3,31 1,76 246 9,6

Lechuga 0º 85/90 4,02 2,0 316 3,9

Patata +3º/+5º 80 3,56 1,76 289

Pepino +7/+10º 90 4,06 2,05 319

Puerro 0º 90 3,68 1,93 293 10,8

Tomate maduro 0º/7º 80 3,94 2,0 312 4,3

Zanahoria 0º 80 3,76 1,93 293 2,4

Frutas

Albaricoque 0º/+2º 90 3,68 1,92 284

Cereza 0º/+1º 90 3,64 1,88 280 1,8

Ciruela 0º/+2º 85 3,68 1,88 274 0,64

Fresa 0º/+1º 90 3,85 1,76 300 5,47

Tabla 3 (continuación): Datos relativos a los alimentos refrigerados. (Continúa)

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Producto T≤ (ºC)

Humedad relativa

(%)


lación


congelación


Calor de respira-

ción (kJ/kg día)

Frutas Limón +14º/16 85 3,81 1,93 295 4,24

Mandarina 0º/+3º 90 3,77 1,93 290 3,78

Manzana 0º/1º 80/85 3,64 1,88 281 1,92

Melocotón 0º/2º 80 3,77 1,92 288 1,34

Melón +2º/+4º 85 3,89 2,0 307 1,5

Naranja 0º/2º 85 3,77 1,92 288 1,68

Pera +2º 82 3,60 1,88 274 0,93

Plátano 13º/+15º 90 3,35 1,76 251

Sandía +4º/+10≥

80 4,06 2,0 307

Uva 0º/4º 85/90 3,60 1,84 270 0,4

Pescados Marisco cocido 0º/+1º 90 3,39 1,76 243

Pescado congelado -18º 90 3,18 1,74 245

Pescado fresco 0º/+1º 90 3,18 1,74 245

Lácteos Mantequilla 0º/+4º 75/80 1,38 1,05 53

Mantequilla conge-lada

-18º 80 1,38 1,05 53

Queso +5º/+8º 80/85 2,10 1,30 126

Crema helada -18º - 3,27 1,76 242

Leche pasteurizada +0,6º - 3,77 2,51 290

Leche entera +7º/+13º - 0,92 - 9,3

Leche descremada +7º/+13º - 0,92 - 9,3

Margarina +2º 60/70 1,34 1,05 51

Tabla 3 (continuación): Datos relativos a los alimentos refrigerados.

En el caso de que el género entre en la cámara a temperatura positiva y se congele en su interior, el cálculo del calor a extraer deberá hacerse en tres pasos:

Primero se hace descender su temperatura hasta la de congelación (normalmente 0 ºC):

)(11 congente TTCmQ −××=


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LCmQ

Después se congela a temperatura constante:

Finalmente se hace descender su temperatura hasta la de conservación (temperatura in-terior de la cámara):

Los calores específicos Ce1 y Ce2 son los correspondientes al género antes y después de la congelación respectivamente, los cuales pueden consultarse en la Tabla 2.

Para el cálculo de Q2 se utiliza el calor latente de congelación (CL), el cual expresa el ca-lor a extraer a cada kilo de sustancia para que se produzca su congelación a temperatura y presión constantes; su valor puede ser consultado también en la Tabla 3.

o Carga térmica diaria

El calor que entra diariamente en la cámara (carga térmica diaria) será la suma de los calo-res obtenidos anteriormente:

×=2

)(23 iconge TTCmQ −××=

321 QQQQg ++=

gspT QQQQ ++=

(en kJ/día)

(en kJ/día)

ctiv

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∂Cuánto calor ha de extraerse de una tonelada de carne de cerdo para hacer descender su temperatura desde los +15 ºC hasta los +5 ºC? ∂Y desde los +5 ºC hasta los -10 ºC? Compara y comenta los resultados.

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Selección del evaporador

Una simple ojeada a un catálogo técnico-comercial nos da una idea de la amplia variedad de evaporadores que hay disponibles en el mercado. Los hay voluminosos, mientras que otros apenas sobresalen del techo. Unos son un sencillo serpentín con aletas, y otros tienen carcasa y ventiladores. También hay gran variedad de tamaños.

∂Cómo debemos elegir nuestro evaporador de entre toda la gama disponible?.

15

rUna vez obtenida la ca ga térmica diaria de la cámara (QT), habrá que seleccionar el equi-po capaz de evacuar el calor generado en el mismo periodo, de forma que el balance tér-mico al final del día quede equilibrado:

Carga térmica = Calor extraído

Como veremos a continuación, los cálculos se efectúan para que el equilibrio se rompa en favor del calor extraído; es decir, se buscará que el equipo frigorífico extraiga el calor más rápidamente de lo que aumenta la carga térmica; eso permitirá que pueda efectuar paradas periódicas, evitando su funcionamiento continuo.

Potencia frigorífica de la instalación

La potencia frigorífica de la instalación es aquella que asegura la extracción completa de la carga térmica producida en la cámara en un tiempo determinado.

Como hemos dicho, para evitar que el equipo esté activo las 24 horas del día, se considera un tiempo de funcionamiento de entre 16 y 18 horas diarias, durante el cual debe evacuar el calor QT calculado; el resto del tiempo permanecerá inactivo debido a las paradas go-bernadas por el termostato y, eventualmente, para efectuar los desescarches.


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Según eso, y considerando un tiempo de funcionamiento de 16 horas diarias, la potencia frigorífica de la instalación, P, se calcula mediante la expresión siguiente, obteniéndose en J/s o W (1J/s = 1W).

sh

díahdíakJQP T

600.31

)/(16)/(×= (en W)

Con el fin de disponer de cierto margen de seguridad, se incrementa este valor en un 10%:

600.3161,1

××= TQP (en W)

En definitiva, el equipo frigorífico que se instale en la cámara deberá tener la potencia P calculada.


En los catálogos técnico-comerciales los evaporadores aparecen agrupados atendiendo a los siguientes aspectos:

Circulación del aire a su través. Los evaporadores que enfrían aire pueden ser estáti-cos o dinámicos.

Los evaporadores dinámicos tienen un mayor rendimiento, ya que el aire es impulsado a través de ellos mediante ventiladores; sin embargo en la conservación de productos frescos o delicados, como flores, quesos, carnes, frutas, vegetales, pastelería, retardo de masas, embutidos, etc., es aconsejable la elección de evaporadores estáticos, ya que el movimiento del aire es lento -se produce por convección- y los productos no se ven ex-puestos a corrientes de aire frío.

Fig. 1: Evaporador estático Fuente: FRIMETAL).

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Forma del evaporador. La forma del evaporador está condicionada por la altura dis-ponible en el interior de la cámara.

Atendiendo a su forma los evaporadores pueden ser cúbicos, de plafón o murales.

• Los evaporadores cúbicos tienen muy buen rendimiento, ya que el aire los atra-viesa sin cambiar de dirección, pero tienen el inconveniente de que sobresalen mucho del techo, por lo que no son adecuados para cámaras de poca altura.

• Los evaporadores de plafón ocupan menor altura, pero debido a que el aire entra en vertical por la parte inferior y sale en horizontal por uno de sus laterales, este cambio de dirección disminuye ligeramente su rendimiento.

• Los evaporadores murales impulsan el aire en horizontal a distintas alturas, lo que permite una buena circulación del aire cuando el género se almacena en bande-jas o palés que dificultan el movimiento del aire en dirección vertical.

Fig. 2A: Evaporador cúbico. Fig. 2B: Evaporador de plafón (Fuente:FRIMETAL).

Fig. 3A: Evaporador mural (Aspecto exterior). Fig. 3B: Evaporador mural (Esquema de corrientes de aire) (Fuente: FRIMETAL).

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Separación de las aletas. Un mismo tipo de evaporador puede comercializarse con distinta separación de aletas dependiendo de la función que vaya a desempeñar.

Una pequeña separación de aletas se traduce en un mayor número de ellas por unidad de longitud, lo que equivale a una mayor superficie de intercambio entre el aire y el re-frigerante y, en consecuencia, un mayor rendimiento del evaporador; pero en tempera-turas negativas es preferible que la separación entre las aletas sea grande para evitar que la escarcha se acumule entre ellas y dificulte la circulación del aire.

A modo de orientación puedes consultar la Tabla 4, en la que se indica la aplicación de las distintas separaciones de aletas.

Separación entre aletas 3 ÷ 4,5 mm 5 ÷ 6 mm ≥ 7 mm

T≤ de la cámara 10 ÷ 0 ºC 0 ÷ -7 ºC -18 ÷ -25 ºC

Producto Frutas / Verduras Carne / Pescado Congelados

Una vez que se ha decidido el tipo, la forma y la separación de aletas del evaporador, se deberá elegir aquél cuya capacidad sea lo más próxima a las necesidades del proyecto; ahora bien, los evaporadores no tienen una capacidad fija, sino que varía dependiendo de dos factores: la temperatura de evaporación y el diferencial térmico.

Temperatura de evaporación y diferencial térmico

Tabla 4: Separación de las aletas y sus aplicaciones.

La temperatura de evaporación es la que tiene el refrigerante en el interior del evaporador.

Se trata de la temperatura de saturación del refrigerante a la presión a la que se encuentra en el interior del evaporador.

El evaporador es un elemento frío ubicado en un recinto inicialmente caliente. El aire de la cámara se enfría al ponerse en contacto con la superficie del evaporador, pero no alcanza nunca su misma temperatura debido a que por otro lado gana calor al ponerse en contacto con las paredes de la cámara.

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A esa diferencia entre la temperatura del evaporador y la del aire de la cámara se la deno-mina salto o diferencial térmico; se simboliza como Dt1 si la temperatura del aire se toma a la entrada del evaporador, y Dtm ƒo simplemente Dtƒ si se toma la temperatura media en el interior de la cámara.

Diferencial térmico = T≤ de la cámara √ T≤ de evaporación

Para simbolizar el salto térmico se suele utilizar también la letra griega ≈∆∆ (delta) en lugar de la ≈D∆ del abecedario latino. El valor del salto térmico viene siempre expresado en K (grados Kelvin), sin embargo, dado que los grados centígrados y los Kelvin representan la misma varia-ción de temperatura, el valor del salto térmico se utiliza indistintamente en ºC ó K.

o Influencia del tiempo de funcionamiento en el diferencial térmico

El diferencial térmico no permanece constante en un evaporador. Cuando se pone en marcha un equipo que ha estado parado largo tiempo, la temperatura del aire de la cámara es alta.

En el momento del arranque la temperatura del evaporador desciende rápidamente debido a la evaporación del refrigerante, mientras que la del aire desciende lentamente a medida que se pone en contacto con la superficie del evaporador.

En esos momentos iniciales la diferencia entre la temperatura del evaporador y la del aire, aún sin enfriar, es muy grande, pera a medida que se enfría el aire esta diferencia disminu-ye. Podemos decir entonces que el diferencial térmico disminuye a medida que desciende la temperatura en el interior de la cámara.

o Influencia del tamaño del evaporador en el diferencial térmico

Si deseamos bajar la temperatura del interior de una cámara en un determinado tiempo. Esto puede lograrse utilizando evaporadores de distintos tamaños.

Ahora bien, si utilizamos un evaporador pequeño éste deberá estar muy frío para que el aire al establecer contacto con su superficie descienda su temperatura de forma notable, mientras que si utilizamos un evaporador grande bastará con que esté unos pocos grados por debajo de la temperatura deseada, ya que su mayor superficie permite el contacto de una mayor masa de aire.

Como vemos, el evaporador pequeño consigue aumentar su rendimiento haciendo descender la temperatura del aire en mayor medida que el grande. Por el contrario, el evaporador grande obtiene su rendimiento ofreciendo una mayor superficie de contacto. Podemos afirmar enton-ces que cuanto mayor sea la superficie del evaporador menor será el diferencial térmico.

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o Influencia del tipo de evaporador en el diferencial térmico

Los evaporadores dinámicos (con ventiladores) pueden absorber una misma cantidad de calor en menos tiempo que los estáticos (sin ventiladores), por esa razón, cuando se desea bajar la temperatura de la cámara en un determinado tiempo, los evaporadores dinámicos pueden hacerlo más rápidamente sin necesidad de estar muy fríos; los evaporadores estáti-cos, para compensar esa deficiencia, deben mantenerse a una temperatura más baja. Así, pues, los evaporadores estáticos trabajan con un diferencial térmico más grande que los dinámicos.

Diferencial térmico y humedad del aire

El diferencial térmico afecta directamente a la humedad del aire en el interior de la cáma-ra; hay que tener en cuenta que un diferencial térmico grande indica una baja temperatura del evaporador respecto a la del aire de la cámara, lo que se traducirá en una mayor con-densación de la humedad sobre su superficie. Según esto, cuanto más grande sea el dife-rencial térmico mayor será la humedad condensada en el evaporador y, en consecuencia, más baja será la humedad del aire de la cámara.

La humedad relativa del aire tiene una importancia vital en la conservación de los alimen-tos; si la humedad es elevada puede producirse la formación de hongos, mientras que una humedad escasa produce la desecación del género y en consecuencia una pérdida impor-tante de su peso.

Está claro que debemos seleccionar el evaporador de forma que su diferencial térmico produzca la humedad relativa necesaria para la correcta conservación del producto. El gráfico de la figura 4 permite relacionar el salto térmico con la humedad relativa que pro-duce, siendo éste el primer paso para seleccionar el evaporador.

Fig. 4: Gráfico que relaciona la humedad relativa con el salto térmico (Fuente: FRIMETAL).

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Capacidad nominal y factor de corrección

Una vez obtenido el salto térmico adecuado, debemos seleccionar en el catálogo el eva-porador cuya capacidad se aproxime lo más posible a nuestras necesidades. La capacidad de un evaporador representa su potencia frigorífica a una determinada temperatura de evaporación, produciendo a su vez un salto térmico determinado. Las capacidades nomi-nales de los evaporadores son las que figuran en los catálogos, y están obtenidas para los saltos térmicos y las temperaturas de evaporación especificadas en el mismo (en algunos casos figura la temperatura de conservación en lugar de la de evaporación).

Algunos fabricantes incluyen factores de corrección que nos permiten conocer la capaci-dad de sus evaporadores en otras condiciones distintas a las de catálogo; para ello hay que multiplicar la capacidad de catálogo por dicho factor de corrección:

Capacidad otras condiciones = Capacidad condiciones de catálogo x factor de corrección

Si despejamos la ≈capacidad en las condiciones de catálogo∆ tendremos:

correccióndeFactorscondicioneotrasCapacidadcatálogodescondicioneCapacidad =

Expresión que nos permite obtener la capacidad con la que aparece el evaporador en el catálogo cuando conocemos su capacidad en otras condiciones.

A modo de ejemplo, a continuación se muestra la tabla de capacidades de los evaporado-res FRIMETAL de la serie GRM Industrial.

Tabla 5: Capacidades de los evaporadores FRIMETAL de la serie GRM (Fuente: Catálogo grupo DISCO).

La primera fila de capacidades está obtenida para una temperatura en la cámara de 0 ≥C y un

diferencial térmico de 8K, y es la que sirve de base para la obtención de las capacidades en otras

condiciones que no figuren en el catálogo. Para obtener la capacidad de un evaporador en unas condiciones que no figuren en el catálogo deberemos multiplicar éstas por el factor de corrección que el fabricante facilita por medio del gráfico siguiente:

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En el gráfico las temperaturas de evaporación figuran en el eje de abscisas (el horizontal) y los factores de corrección en el de ordenadas (el vertical); las curvas corresponden a los distintos saltos térmicos.

Fig. 5: Gráfico para la obtención del factor de corrección (Fuente: FRIMETAL).

Obtener la capacidad del evaporador GRM 2.600 para las condiciones Tc = -15 ºCy ∆t1 = 6 K no incluidas en el catálogo. Para obtener el factor de corrección tendremos que conocer previamente la tem-peratura de evaporación, la cual resulta de descontar el salto térmico a la tempe-ratura de la cámara: En nuestro caso:

T≤ de evaporación = -15 ºC √ 6 ºC = -21ºC En el gráfico trazaremos una vertical desde la temperatura de evaporación de-seada (-21 ºC) hasta que se cruce con la curva correspondiente al salto térmicodeseado (6 ºC). Desde el punto de intersección trazaremos una horizontal hasta el eje de ordenadas, en el que leeremos el factor de corrección correspondiente (Fc = 0,68).

Ejemplo

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Selección de s 3 Máquinas y Equipo

Ejemplo (continuación)

Es decir, el evaporador GRM 2.600 tiene una capacidad de 35.414 W para una .temperatura de evaporación de -15 oC y un salto térmico de 6 K

Así, pues, la capacidad del evaporador GRM 2.600 para las condiciones Tc = -15 ºCy ∆t1 = 6 K se obtendrá aplicando el factor de corrección a su capacidad nominal en las condiciones Tc= 0 ºC y Dt1 = 8 K:

Capacidad otras condiciones = Capacidad catálogo x factor de corrección = 52.080 W x 0,68 = 35414 W

El problema puede ser planteado de forma inversa:

Ejemplo

Sustituyendo datos se tiene:

Por tanto, para absorber 35.414 W en las condiciones descritas deberemos elegir el evaporador GRM 2.600, cuya capacidad nominal en catálogo (primera fila decapacidades nominales) es 52.080 W.

WWocatádescondicioneCapacidad 080.5268,0

414.35log ==

Seleccionar un evaporador de la gama GRM que, trabajando con un salto térmi-co de 6 K y una temperatura de evaporación de -15 oC, proporcione una capaci-dad de 35.414 W.

En este caso conocemos la capacidad del evaporador en unas condiciones distin-tas a las de catálogo. La capacidad del evaporador en las condiciones de catálogoserá:

correccióndeFactorscondicioneotrasCapacidadocatádescondicioneCapacidad =log

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Factor refrigerante

Puede suceder, por otro lado, que el evaporador vaya a trabajar con otro refrigerante dis-tinto al utilizado en la confección del catálogo; en ese caso deberemos aplicar un segundo factor, también indicado por el fabricante, en función del refrigerante utilizado. En ese caso tendremos:

Capacidad otras condiciones = Capacidad condiciones de catálogo x Factor de corrección x Factor refrigerante

O bien, si se despeja la capacidad en las condiciones de catálogo:

terefrigeranFactorcorreccióndeFactorscondicioneotrasCapacidadocatádescondicioneCapacidad

×=log

Para el caso particular de los evaporadores empleados en los ejemplos anteriores, cuya capa-cidad nominal ha sido obtenida con R-404A, estos factores son: R-134a = 0,90 y R-22 = 0,95.

Ejemplos de selección de evaporadores

A modo de resumen incluimos a continuación dos ejemplos que ilustran los dos casos que pueden darse a la hora de seleccionar un evaporador en el catálogo:

Caso 1: Las condiciones de proyecto coinciden con las de catálogo:

En una cámara frigorífica se necesitan absorber 10.000 vatios trabajando con un sal-to térmico DT1 = 7 K y una temperatura en la cámara de -18 ºC. El equipo frigorífico trabajará con R-404A.

Seleccionar el evaporador FRIMETAL de la serie PLM-N adecuado.

Como vemos, en el catálogo figuran nuestras condiciones de proyecto en la segunda fila de capacidades (DT1 = 7 K y Tc =-18 ºC); además el refrigerante a emplear es el mismo que el utilizado para confeccionar el catálogo.

Bastará entonces con elegir en el catálogo el evaporador de capacidad más próxima a la nuestra (en las condiciones descritas). En este caso se trata del modelo PLM-N 86, de capacidad 10.460 W.

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Tabla 6: Capacidades de los evaporadores FRIMETAL de la serie PLM-N (Fuente: Catálogo grupo DISCO).

Caso 2: Las condiciones de proyecto no figuran en catálogo.

Se desea seleccionar un evaporador FRIMETAL de la serie PLM-N para absorber 7.500 W con un salto térmico de 6 K y una temperatura en la cámara de -10 ºC. El equipo frigorífico trabajará con R-134A.

En este caso las condiciones de proyecto no figuran en catálogo, por lo que hemos de aplicar el factor de corrección que nos proporcione la capacidad nominal del evaporador a seleccionar en catálogo.

Para obtener el factor de corrección deberemos conocer previamente la temperatura de evaporación:

T≤ de evaporación = -10 ºC √ 6 ºC = -16 ºC

Fig. 6: Gráfico para la obtención del factor de corrección.

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Trazaremos ahora en el gráfico una vertical desde la temperatura de evaporación de-seada (-16 ºC) hasta que se cruce con la curva correspondiente al salto térmico desea-do (6 ºC). Desde el punto de intersección trazaremos una horizontal hasta el eje de or-denadas, en el que leeremos el factor de corrección correspondiente (Fc = 0,71).

Por otra parte, el factor refrigerante es, según indica el fabricante, Fr = 0,90. La capa-cidad nominal del evaporador a seleccionar será:

Wx

WocatádescondicioneCapacidad 904.1190,07,0

500.7log ==

Así, pues, el evaporador a seleccionar en catálogo será aquel cuya capacidad nominal sea lo más próxima a 11.904 W, como puede ser el modelo PLM-N 72, de 11.650 W de capacidad nominal.

En la tabla 5 se observa que el modelo de evaporador FRIMETAL GRM 4.600 tiene un rendimiento de 78.120 W en las condicio-nes Tc= 0 oC y DT1 = 8 K. Obtén, utilizando el factor de corrección adecuado, su rendi-miento en las otras dos condiciones que figuran en el catálogo.

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Selección de la unidad condensadora, válvula de expansión y tuberías

La instalación frigorífica consta de otros componentes además del evaporador como son, por ejemplo, el compresor, el condensador, la válvula de expan-sión, etc. De ellos también existe una amplia variedad en los catálogos técni-co-comerciales; incluso las tuberías deben ser seleccionadas teniendo en cuenta ciertas consideraciones.

∂Cuáles son los criterios que se han de tener en cuenta para seleccionarlos?

El compresor es el encargado de bombear refrigerante hacia el evaporador en la cantidad ade-cuada para que la instalación proporcione la potencia frigorífica deseada; pero, previamente, el condensador debe licuar el refrigerante que recibe del compresor en estado de vapor a alta presión, pues así podrá llegar a la válvula de expansión e inundar el evaporador.

Ambos, compresor y condensador, junto al recipiente de líquido, constituyen lo que se denomina unidad condensadora.

Los fabricantes ofrecen una amplísima gama de unidades condensadoras, cuya potencia frigorífica en distintas condiciones de temperatura ambiente y de evaporación puede ser conocida si se consultan las tablas facilitadas por el propio fabricante.

Fig. 7: Unidad condensadora (Fuente: Copeland).

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Selección de la unidad condensadora

La potencia frigorífica de las unidades condensadoras depende de las temperaturas de evaporación y condensación con las que trabajan.

La temperatura de condensación está íntimamente ligada a la temperatura del medio en que ésta se produce (en general aire o agua), y por eso en muchos catálogos figura ésta última en lugar de la temperatura de condensación. La diferencia entre ambas temperatu-ras se denomina salto o diferencial térmico del condensador, y ƒal igual que en los eva-poradoresƒ puede expresarse de la forma siguiente:

Diferencial térmico = T≤ de condensación - T≤ del medio

La temperatura del medio de enfriamiento debe ser la media de las temperaturas más altas que éste podría adquirir durante su funcionamiento, sin tener en cuenta los picos de tem-peratura que puedan alcanzarse puntualmente.

Así, por ejemplo, para el caso de los condensadores de aire expuestos a la temperatura exterior deberá considerarse la media de las temperaturas alcanzadas durante el verano en la zona en la que está ubicado. Para el salto térmico se toma un valor de 15 oC tanto en condensadores de aire como de agua.

Conocida la temperatura de evaporación y de condensación (o en su caso la del medio) se procede a seleccionar en el catálogo aquella unidad cuya potencia frigorífica sea lo más próxima a nuestras necesidades.

En la tabla 7 de la página siguiente pueden leerse las potencias frigoríficas de algunas uni-dades condensadoras de la marca DWM Copeland. Los datos que proporcionan dicha tabla son:

En la primera columna figuran los distintos modelos de unidad condensadora dispuestos en orden creciente respecto a su potencia frigorífic

En la segunda columna se indica la potencia del compresor incluido en la unidad.

En la tercera columna figuran, para cada modelo de unidad condensadora, tres tem-peraturas ambientales: 27 oC, 36 oC y 43 oC.

A la derecha de las temperaturas ambientales se relacionan las potencias frigoríficas para cada una de las temperaturas de evaporación especificadas en la parte superior de cada columna (5, 0, -5, -10º).

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Tabla 7: Rendimientos de unidades condensadoras DWM Copeland (Fuente: Catálogo grupo DISCO).

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Puedes comprobar que la unidad AU25/DKM-7X tiene una potencia calorífica de 2.520 W cuando trabaja con una temperatura ambiente de 36 oC y una tempera-tura de evaporación de 0 oC.

Ejemplo

Para seleccionar la unidad adecuada a tus necesidades deberás entrar en horizontal por la temperatura de evaporación a la que trabajará la instalación, y en vertical por la tempera-tura media máxima del lugar en el que se ubicará la unidad, buscando el modelo cuya potencia frigorífica sea lo más próxima a las condiciones de tu proyecto.

Ejemplo

Seleccionar en la tabla 7 una unidad condensadora de 2.500 W de potencia fri-gorífica para una temperatura ambiente de 27 oC y una temperatura de evapora-ción de -15 oC. Para efectuar la selección debemos entrar en la tabla por la columna correspon-diente a la temperatura de evaporación de -15 oC y seleccionar aquel modelocuya potencia frigorífica sea lo más próxima a 2.500 W para una temperatura decondensación de 27 oC. En este caso se trata del modelo AD25/DKJ-10X. Si nuestra temperatura de evaporación o de condensación no figura en el catálo-go pero está comprendida entre dos valores del mismo, podemos efectuar unainterpolación gráfica o analítica con el fin de obtener con más exactitud la po-tencia frigorífica de la unidad en esas condiciones.

Ejemplo

Seleccionar una unidad condensadora DWM Copeland que proporcione unapotencia frigorífica de 2.500 W a -8 oC de temperatura de evaporación y 36 oC de temperatura de condensación. En una primera estimación vemos que AM25/DKJ-10X tiene una potencia frigorí-fica de 2.740 W a -5 oC y de 2.320 W a -10 oC. La potencia a -8 oC, 2.500 W, estará comprendida entre ambos valores. Gráficamente se puede representar así:

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Primero dibujamos dos ejes aleatorios, uno vertical y otro horizontal. Efec-tuamos divisiones de igual longitud en cada eje, pudiendo utilizarse divi-siones de distinta longitud para cada uno de ellos. En el eje vertical repre-sentamos las temperaturas de evaporación, y en el horizontal las potenciasfrigoríficas (Fig. 8.1).

A continuación representamos gráficamente los datos proporcionados por

el catálogo, esto es: potencia de 2.320 W a -7 ºC y de 2.750 a -5 ºC. Estosvalores quedan representados por los puntos A y B (Fig. 8.2).

Seguidamente unimos los puntos A y B mediante una recta (Fig. 8.3).

Esta representación gráfica nos permite obtener la potencia frigorífica de la

unidad para cualquier temperatura de evaporación comprendida entre -5 ºCy -10 ºC; bastará con trazar una horizontal desde la temperatura de evapora-ción deseada hasta cortar a la recta AB y a continuación seguir en verticalhasta cortar al eje que representa las potencias frigoríficas, en el que leere-mos la correspondiente a la temperatura de evaporación deseada.

En la Fig. 8.4 se ha obtenido gráficamente la potencia frigorífica de la uni-

dad para la temperatura de evaporación de -8 ºC, la cual es de aproxima-damente 2.490 W.

Fig. 8: Interpolación gráfica.

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Llamando X a la potencia frigorífica correspondiente a -8 ºCtendremos que:

CA = 2.750-2.320 = 430 CB = -5 - (-10) = -5+10 = 5 NA = 2.750-X NM = -5-(-8)= -5+8 = 3

NMNA

CBCA

=

Fig. 9: Semejanza de triángulos en una interpolación gráfica.

Fig. 8: Interpolación gráfica.


La resolución analítica está basada en esta resolución gráfica teniendo en cuentala semejanza existente entre los triángulos ABC y AMN (Fig. 9), la cual se puede plantear para nuestro caso de la siguiente forma:

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Una vez resuelta la ecuación obtenemos el valor de la potencia frigorífica buscada:

x = 2.492 W

El valor de la x es, con cierta aproximación, el valor obtenido gráficamente. La interpolación gráfica o analítica puede utilizarse también para obtener la po-tencia frigorífica de la unidad condensadora para una temperatura ambiente que no figura en el catálogo; en ese caso situaremos las temperaturas ambientales en el eje vertical, en lugar de las temperaturas de evaporación.

Selección de la válvula de expansión

La válvula de expansión es la responsable, junto con el compresor, de que se mantenga la diferencia de presiones capaz de producir los cambios de estado del refrigerante en el condensador y en el evaporador, al mismo tiempo que suministra la cantidad adecuada de refrigerante al evaporador. De su adecuada elección dependerá el correcto funcionamien-to del equipo.

El primer criterio de selección será el tipo de refrigerante. Las válvulas de expansión están pre-paradas para trabajar con un tipo de refrigerante determinado, por lo que, de no tener esto en cuenta, su funcionamiento no responderá a las especificaciones del fabricante.

Algunas de las características de válvulas de expansión que podemos encontrar en el mer-cado son las siguientes:

Con equilibrador interno. Elegiremos este tipo de válvula cuando la pérdida de carga en evaporadores de pequeño tamaño sea también pequeña.

Con equilibrador externo. Elegiremos esta válvula cuando la pérdida de carga en el evaporador sea grande.

Con MOP (Maximum Operating Pressure). La MOP es la presión por encima de la cual la válvula permanece cerrada. Estas válvulas son útiles en equipos que trabajan a bajas temperaturas, pues evitan la sobrecarga del compresor durante el arranque (hay que tener en cuenta que cuanto más alta es la presión de aspiración mayor es la intensidad que circula por los devanados del motor).

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Cuando se produce el arranque del compresor tras una parada prolongada o un des-escarche, el evaporador se encuentra sometido a una temperatura (y en consecuen-cia una presión) más elevada de la normal, y por esa razón el compresor podría en-trar en sobrecarga. Para evitarlo, la válvula se encuentra cerrada, permitiendo un rá-pido descenso de la presión en el evaporador; la válvula abrirá una vez que la pre-sión haya descendido por debajo de su valor MOP.

Conexiones soldadas o roscadas. Las válvulas pueden unirse a la tubería mediante conexiones soldadas (identificadas por las siglas ODF) o mediante uniones roscadas (identificadas por las siglas SAE). Para obtener una buena estanqueidad la mejor op-ción es la unión soldada, pero no siempre es posible efectuarla; existen lugares con riesgo de explosión, de quemado de materiales inflamables, de deterioro de materia-les próximos, etc.; en estos casos debe recurrirse a la conexión roscada.

Normalmente estas válvulas están constituidas por un cuerpo que contiene al bulbo y al sistema de regulación, y un orificio intercambiable que determina la capacidad de la vál-vula (Fig.10).

Fig. 10: Cuerpo (izquierda) y orificio (de-recha) de una válvula de expansióntermostática.

La tabla 8 recoge las características de algunos de los cuerpos de válvula de la marca ALCO, en la que puede leerse el tipo de refrigerante con el trabajan, si disponen o no de equilibra-dor interno, si disponen o no de MOP, la longitud del capilar y el tipo de conexiones a la entrada y a la salida de la válvula.

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Tabla 8: Algunos tipos de cuerpos de válvulas de expansión de la marca ALCO (Fuente: Catálogo grupo DISCO).

Una vez seleccionado el cuerpo de la válvula, deberemos seleccionar el tamaño del orifi-cio acorde a la potencia de nuestra instalación. La capacidad de una válvula de expansión depende del orificio que se instale en su interior.

Como ya hemos dicho, los orificios son intercambiables y van alojados en la entrada de la válvula; van precedidos de una malla que sirve de filtro para retener las partículas que accidentalmente circulen por la instalación y así evitar taponamiento del orificio. Los orifi-cios se designan por números que van desde el 00 (doble cero) hasta el 6, correspondien-do el 00 al de menor capacidad y el 6 al de mayor capacidad.

En los catálogos suele figurar la capacidad nominal de los orificios, la cual está obtenida para unas determinadas condiciones de funcionamiento del equipo frigorífico (Tabla 9).

Tabla 9: Tabla de capacidades nominales de los orificios para válvulas ALCO (Fuente:

Catálogo grupo DISCO). 35


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Esta capacidad nominal nos da una primera orientación sobre el tamaño del orificio a ele-gir, sin embargo, para mayor exactitud deberemos recurrir a otro tipo de tablas que los fabricantes facilitan para efectuar la selección.

A modo de ejemplo incluimos una tabla de selección rápida para orificios de válvulas de expansión marca ALCO que trabajen con refrigerante R-404A y R-507, en la que simple-mente se requiere conocer las temperaturas de evaporación y condensación para efectuar la selección.

Tabla 10: Tabla de selección rápida de orificios de válvulas ALCO (Fuente: Catálogo Grupo DISCO).

En el caso de que la temperatura de evaporación o de condensación no figuren en la tabla, se puede conocer la capacidad de válvula efectuando una interpolación gráfica o analítica, tal y como se hizo para la selección de unidades condensadoras.

Tuberías

En las instalaciones de refrigeración se utilizan principalmente tubos de cobre, pudiendo ser éstos rígidos o recocidos. El tubo recocido tiene una elevada plasticidad, lo que permite do-blarlo o dar forma a sus bordes (abocardado) sin necesidad de calentarlo previamente.

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Se presenta en forma de rollos de 15,25 m (equivalente a 50 pies) de longitud, y debidamente protegido de la humedad exterior mediante un envoltorio de plástico herméticamente cerrado.

El tubo rígido se utiliza para tramos largos de tubería; al no estar recocido no puede ser doblado o abocardado directamente, sino que ha de ser recocido previamente en las zonas a deformar. Se presenta en forma de barras de 5 m de longitud, con sus extremos tapados para proteger su interior de la humedad; en algunos casos puede suministrarse con una pequeña carga de nitrógeno a baja presión, garantizando la ausencia de aire y humedad en su interior.

Ya sean rígidos o en rollos, los tubos de cobre de refrigeración se identifican por su diámetro exterior expresado en fracciones de pulgada. Algunos diámetros se comercializan con más de un espesor. En la tabla 11 se muestran los diámetros comerciales más usuales:

DIMENSIONES COMERCIALES DE LOS TUBOS DE COBRE PARA REFRIGERACI‡N

Diámetro nominal (pulgadas)

Diámetro exterior (mm) Espesor (mm) Diámetro

interior (mm)

�∆ 6,35 0,76 4,83

5/16∆ 7,93 0,76 6,41

3/8∆ 9,52 0,76 8,00

�∆ 12,7 0,76 11,18

�∆ 12,7 0,81 11,08

5/8∆ 15,87 0,76 14,35

5/8∆ 15,87 0,81 14,25

¾∆ 19,05 0,81 17,43

¾∆ 19,05 0,89 17,27

7/8∆ 22,22 0,81 20,60

7/8∆ 22,22 0,89 20,44

1∆ 25,40 0,89 23,62

1 1/8∆ 28,57 0,89 26,79

1 1/8∆ 28,57 1,02 26,53

1 3/8∆ 34,92 1,02 32,88

1 3/8∆ 34,92 1,07 32,78

1 3/8∆ 34,92 1,27 32,38

Tabla 11: Dimensiones comerciales de los tubos de cobre para refrigeración... (Continúa)

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Diámetro nominal (pulgadas)

Diámetro exterior (mm)

Espesor (mm) Diámetro interior (mm)

1 5/8∆ 41,27 1,07 39,13

1 5/8∆ 41,27 1,27 38,73

2 1/8∆ 53,97 1,27 51,43

2 1/8∆ 53,97 1,52 50,93

2 1/8∆ 53,97 1,65 50,67

2 5/8∆ 66,67 1,80 63,07

3 1/8∆ 79,37 1,80 75,77

3 5/8∆ 92,07 2,03 88,01

4 1/8∆ 104,77 2,03 100,71

Tabla 11 (continuación): Dimensiones comerciales de los tubos de cobre para refrigeración.

o Selección de los diámetros de las tuberías

En una instalación básica de refrigeración se distinguen tres tramos de tubería:

Descarga. Conduce el gas caliente a alta presión desde la salida del compresor hasta la entrada al condensador.

Líquido. Conduce el líquido condensado desde la salida del condensador hasta la válvula de expansión.

Aspiración. Conduce el gas a baja presión desde la salida del evaporador hasta la entrada al compresor.

En el dimensionado de las tuberías se tiene en cuenta que es la misma masa de refrigerante la que circula por todos los tramos del circuito. En este sentido, los tramos que conducen refrigerante en estado líquido tienen un diámetro menor que los que conducen vapor, ya que la masa en los primeros se encuentra más concentrada que en los segundos.

Análogamente, en el tramo de descarga el fluido tiene mayor presión que en el de aspiración, por lo que la masa estará también más concentrada en el primero que en el segundo; por esta razón, el diámetro del tubo de descarga es ligeramente menor que el de aspiración.

A modo de orientación se incluyen a continuación tablas para la selección de los diáme-tros de tubería en los tramos indicados, válidas para instalaciones que trabajen con R-404A o R-134A. Aunque en ellas figura la tubería de descarga, hay que tener en cuenta que las unidades condensadoras ya vienen con este tramo instalado, por lo que no es ne-cesaria su selección.

38

Unid

ad


R-404A.

• Temperatura de condensación: 40 oC.

• Recalentamiento: 7 oC.

• Subenfriamiento: 10 oC.

TUBER‹AS PARA R-404A. DIŸMETROS INTERIORES EN MIL‹METROS

Temperatura de evaporación Potencia Tubería

5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30

Descarga 5.64 5.70 5.75 5.82 5.88 5.95 6.03 6.10

Líquido 4.25 4.28 4.32 4.35 4.39 4.43 4.47 4.52 1 kW

Aspiración 7.85 8.36 8.92 9.55 10.25 11.04 11.92 12.93

Descarga 7.32 7.39 7.47 7.55 7.64 7.73 7.82 7.92

Líquido 5.50 5.54 5.58 5.63 5.68 5.73 5.78 5.84 2 kW

Aspiración 10.19 10.85 11.58 12.39 13.30 14.31 15.46 16.76

Descarga 8.53 8.62 8.71 8.80 8.90 9.00 9.12 9.24

Líquido 6.39 6.44 6.49 6.54 6.60 6.66 6.72 6.79 3 kW

Aspiración 11.87 12.64 13.49 14.43 15.49 16.67 18.01 19.52

Descarga 9.51 9.61 9.71 9.81 9.92 10.04 10.16 10.30

Líquido 7.11 7.17 7.22 7.28 7.35 7.41 7.48 7.56 4 kW

Aspiración 13.23 14.08 15.03 16.08 17.26 18.58 20.07 21.76

Descarga 10.35 10.45 10.56 10.67 10.79 10.92 11.06 11.20

Líquido 7.73 7.79 7.85 7.91 7.98 8.06 8.13 8.21 5 kW

Aspiración 14.39 15.32 16.35 17.50 18.77 20.21 21.83 23.66

Descarga 12.07 12.19 12.31 12.45 12.59 12.74 12.89 13.06

Líquido 8.99 9.06 9.13 9.21 9.29 9.37 9.46 9.56 7,5 kW

Aspiración 16.78 17.86 19.06 20.39 21.88 23.55 25.44 27.57

Descarga 13.46 13.59 13.73 13.88 14.04 14.20 14.38 14.57

Líquido 10.01 10.09 10.17 10.26 10.35 10.44 10.54 10.64 10 kW

Aspiración 18.71 19.91 21.25 22.73 24.39 26.26 28.36 30.74

Tabla 12: Selección de diámetros de tubería para instalaciones con R-404A.

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Técn

ico

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Man

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Clim

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n y

Prod

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e Ca

lor

R-134A.

• Temperatura de condensación: 40 oC.

• Recalentamiento: 7 oC.

• Subenfriamiento: 10 oC.


Temperatura de evaporación Potencia Tubería

+10 +5 0 -5 -10 -15 -20

Descarga 6.45 6.51 6.57 6.63 6.70 6.76 6.84

Líquido 4.25 4.28 4.31 4.34 4.37 4.41 4.44 1 kW

Aspiración 8.79 9.39 10.07 10.83 11.68 12.64 13,73

Descarga 8.37 8.44 8.52 8.60 8.69 8.78 8.87

Líquido 5.49 5.53 5.56 5.60 5.64 5.69 5.73 2 kW

Aspiración 11.39 12.18 13.05 14.03 15.14 16.38 17.79

Descarga 9.75 9.84 9.93 10.02 10.12 10.22 10.33

Líquido 6.38 6.42 6.46 6.51 6.55 6.60 6.65 3 kW

Aspiración 13.27 14.18 15.20 16.34 17.62 19.07 20.71

Descarga 10.87 10.96 11.06 11.17 11.28 11.39 11.51

Líquido 7.09 7.14 7.19 7.24 7.29 7.34 7.40 4 kW

Aspiración 14.78 15.80 16.94 18.20 19.63 21.24 23.07

Descarga 11.82 11.93 12.03 12.15 12.27 12.39 12.52

Líquido 7.70 7.75 7.81 7.86 7.92 7.98 8.04 5 kW

Aspiración 16.08 17.18 18.42 19.80 21.35 23.10 25.09

Descarga 13.78 13.90 14.02 14.16 14.30 14.44 14.60

Líquido 8.95 9.01 9.07 9.14 9.20 9.27 9.35 7,5 kW

Aspiración 18.73 20.02 21.46 23.06 24.87 26.91 29.22

Descarga 15.36 15.50 15.64 15.78 15.94 16.10 16.28

Líquido 9.96 10.03 10.10 10.17 10.24 10.32 10.40 10 kW

Aspiración 20.88 22.32 23.92 25.71 27.72 29.99 32.56

Tabla 13: Selección de diámetros de tubería para instalaciones con R-134A.

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Unid

ad


Indicar los diámetros nominales de las tuberías descarga, lí-quido y aspiración para una instalación de 5 kW de potencia frigorífica que trabajará con R404A a una temperatura de condensación de 40 oC y una temperatura de evaporación de -10 oC. ct

ivida

ad

3

41


Técn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

río,

Clim

atiz

ació

n y

Prod

ucci

ón d

e Ca

lor

Ejemplo de aplicación

Ahora es el momento de afrontar el problema en su conjunto. En este capítulo se presenta un caso frecuente de selección de componentes analizado desde el principio al fin.

Siguiendo un planteamiento similar al que te presentamos a continuación puedes afrontar la resolución de otros problemas similares, lo que te permitirá realizar pequeños proyectos de instalaciones.

Seleccionar el equipo necesario (evaporador, unidad condensadora y válvula de expan-sión) capaz de extraer el calor que entrará diariamente en una cámara frigorífica de con-servación de congelados de las siguientes características.

Características de la cámara:

• Frente: 4 metros.

• Profundidad: 3 metros.

• Altura: 2,5 metros.

• Material de los paneles: espuma de poliuretano de 40 kg/m3 de densidad.

• Espesor de los paneles: 140 mm.

Características de la conservación:

• Entrada de género al día: 5.000 kg.

• Temperatura de entrada del género: - 8 oC.

• Género a conservar: Carne de vaca.

• Temperatura de conservación: -18 oC.

• Humedad relativa en el interior de la cámara: 80%.

Otros datos:

• Uso de la cámara: Detallista.

• Temperatura ambiente (media máxima): 25 oC.

• Refrigerante: R-404A.

42

Unid

ad


Carga térmica de la cámara

Para obtener la carga térmica de la cámara hay que calcular el calor que entra a través de las paredes, por servicio y por carga de género.

o Calor a través de paredes

Se calcula mediante la expresión:

• [ ] 2m592,532,54342S =×+×+×=

• λ = 0,020 w/m K (ver tabla)

• e = 140 mm = 0,14 m

• Te = 25 ºC

• Ti = -18 ºC

4,86)( ×−××= iep TTe

SQ λ

Sustituyendo valores:

43

( )[ ] díakJQp /314.314,86182514,0020,059 =×−−××=

o Calor por servicio

La entrada de calor por servicio se estima en un 25% de la entrada de calor por paredes en el caso de uso para detallistas:

Por lo que:

díakJQs /828.7314.3110025

=×=

Q ps Q%25=

o Calor por carga de género

En el caso que nos ocupa el enfriamiento se realiza sin que se produzca cambio de fase: la carne entra ya congelada a una temperatura de -8 oC y ha de bajarse su temperatura hasta los -18 oC para su conservación. El calor a extraer de la carne se calcula mediante la expresión:


Técn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

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de In

stal

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río,

Clim

atiz

ació

n y

Prod

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ón d

e Ca

lor

Sustituyendo estos datos en la fórmula obtenemos:

• m = 5.000 kg

• Ce = 1,67 kJ/kg K (En la tabla 3: calor especí-fico después de la congelación)

• Tent = -8 oC

• Ti = -18 oC


( )[ ] díakJQg /500.8318867,1000.5 =−−−××=

o Carga térmica diaria

El calor que entra diariamente en la cámara será la suma de los calores obtenidos ante-riormente:

gspt QQQQ ++=

díakJQt /642.122500.83828.7314.31 =++=

Este es el calor que entra diariamente en la cámara.


Para seleccionar los equipos con cierto margen de seguridad se incrementa la carga térmi-ca de la cámara en un 10%. Además, dicha carga térmica deberá ser expresada en vatios, pues es en esta unidad como viene expresada la capacidad de los equipos en los catálogos técnico-comerciales.

Para efectuar ambas transformaciones bastará con aplicar la expresión:

600.3161,1

××= TQP

44

Unid

ad


En nuestro caso:

kWP 34,2600.316

642.1221,1 =×

×= = 2.340 W

En definitiva: P = 2.340 w.

El evaporador a seleccionar deberá tener esta capacidad para poder evacuar todo el calor que entra o se genera diariamente en la cámara frigorífica.

El primer paso para seleccionar el evaporador será obtener el salto térmico que produzca en la cámara la humedad relativa adecuada a la conservación del género (80% en nuestro caso).

Para ello, en el gráfico 1 (Fig. 11) se traza una horizontal desde el valor HR=80% hasta que corte a la curva, descendiendo a continuación en vertical hasta el eje de abscisas, sobre el que leeremos el salto térmico correspondiente (∆t1 = 7 K), pudiendo utilizarse este valor en grados Kelvin o en ≥C indistintamente para realizar los cálculos.

Fig. 11: Obtención del salto térmico.

45

cluye las capacidades de los evaporadores en e

2.390 W, capacidad muy próxima a los 2.340 W

El catálogo (tabla 6) in stas condiciones de salto térmico y temperatura de la cámara, por lo que podrás seleccionar directamente aquél que tenga la capacidad más próxima a tus necesidades.

El modelo PLM-N 20 tiene una capacidad de que se necesitan (Fig.12).


Técn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

río,

Clim

atiz

ació

n y

Prod

ucci

ón d

e Ca

lor

Fig. 12: Selección del evaporador sobre el catálogo.

Selección de la unidad condensadora

Puedes seleccionar tu unidad condensadora de entre las que figuran en la tabla 7. Como puedes observar, en ella no figura la temperatura ambiente del enunciado del problema, pero sí la de 27 oC, que es la que más se le aproxima.

Así, pues, para seleccionar la unidad condensadora se entra en la tabla 7 por la temperatu-ra de evaporación de -25 oC y se efectúa la lectura de la potencia frigorífica de cada uni-dad a una temperatura ambiente de 27 oC (Fig.13).

Fig. 13: Selección de la unidad condensadora sobre el catálogo.

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Unid

ad


Como puedes comprobar, los modelos AD25/DKL-20X y AU55/DKL-20X proporcionan una potencia frigorífica de 2.320 W en las condiciones descritas.

Cabe preguntarse cuál será su potencia para una temperatura ambiente de 25 oC, aunque es de suponer que no diferirá mucho de la obtenida, pues la diferencia de temperaturas es pequeña. Aun así, para una mayor aproximación puedes recurrir a obtener dicha potencia efectuando una extrapolación (Fig.14) -la extrapolación es similar a la interpolación, con la única diferencia de que el valor buscado está fuera del intervalo conocido-.

Fig. 14: Potencia frigorífica de la unidad a 25 oC obtenida por extrapolación.

Selección de la válvula de expansión

En la tabla 8 puedes seleccionar un cuerpo de válvula del tipo TISE-SAD con MOP a -20 ºC y equilibrador externo (Fig. 15).

Fig. 15: Selección del cuerpo de la válvula. (Continúa)

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Inst

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Frí

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r

Para la selección del orificio se utiliza la tabla de selección rápida. Se entra en vertical por la temperatura de evaporación de -25 oC y en horizontal por la temperatura de condensa-ción de 40 oC, y se selecciona el orificio que proporcione una capacidad lo más próxima posible a la del proyecto.

Como vemos (Fig. 16), corresponde al orificio del número 2 (La cifra que aparece en la denominación del modelo de válvula corresponde al orificio).

Fig. 15 (continuación): Selección del cuerpo de la válvula.

Fig. 16: Selección del orificio de la válvula de expansión.

Unid

ad


Determinación del diámetro de las tuberías

La potencia frigorífica de la instalación que nos ocupa es de 2.340 W (2,34 kW), el cual no figura en la tabla de diámetros de tubería para R-404A. Consideraremos entonces el rendimiento de 2 kW. Entraremos en la tabla en vertical por la temperatura de evaporación de -25 oC y en horizontal por el rendimiento de 2 kW. Los diámetros que se obtienen son los siguientes (Fig. 17):

Descarga: 7,82 mm.

Líquido: 5,78 mm.

Aspiración: 15,46 mm.


Temperatura de evaporación Potencia Tubería 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30

Descarga 5.64 5.70 5.75 5.82 5.88 5.95 6.03 6.10

Líquido 4.25 4.28 4.32 4.35 4.39 4.43 4.47 4.52 1 kW

Aspiración 7.85 8.36 8.92 9.55 10.25 11.04 11.92 12.93

Descarga 7.32 7.39 7.47 7.55 7.64 7.73 7.82 7.92

Líquido 5.50 5.54 5.58 5.63 5.68 5.73 5.78 5.84

Aspiración 10.19 10.85 11.58 12.39 13.30 14.31 15.46 16.76

Descarga 8.53 8.62 8.71 8.80 8.90 9.00 9.12 9.24

Líquido 6.39 6.44 6.49 6.54 6.60 6.66 6.72 6.79 3 kW

Aspiración 11.87 12.64 13.49 14.43 15.49 16.67 18.01 19.52

Descarga 9.51 9.61 9.71 9.81 9.92 10.04 10.16 10.30

Líquido 7.11 7.17 7.22 7.28 7.35 7.41 7.48 7.56 4 kW

Aspiración 13.23 14.08 15.03 16.08 17.26 18.58 20.07 21.76

Descarga 10.35 10.45 10.56 10.67 10.79 10.92 11.06 11.20

Líquido 7.73 7.79 7.85 7.91 7.98 8.06 8.13 8.21 5 kW

Aspiración 14.39 15.32 16.35 17.50 18.77 20.21 21.83 23.66

Descarga 12.07 12.19 12.31 12.45 12.59 12.74 12.89 13.06

Líquido 8.99 9.06 9.13 9.21 9.29 9.37 9.46 9.56 7,5 kW

Aspiración 16.78 17.86 19.06 20.39 21.88 23.55 25.44 27.57

Descarga 13.46 13.59 13.73 13.88 14.04 14.20 14.38 14.57

Líquido 10.01 10.09 10.17 10.26 10.35 10.44 10.54 10.6410 kW

Aspiración 18.71 19.91 21.25 22.73 24.39 26.26 28.36 30.74

2 kW

Fig. 17: Determinación de los diámetros interiores de las tuberías.

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Técn

ico

en M

onta

je y

Man

teni

mie

nto

de In

stal

acio

nes

de F

río,

Clim

atiz

ació

n y

Prod

ucci

ón d

e Ca

lor

Los tubos comerciales que proporcionan diámetros interiores similares a los obtenidos en la tabla son los siguientes (Fig. 18):

Descarga: 3/8∆.

Líquido: 5/16∆.

Aspiración: 3/4∆.


Diámetro nominal

(pulgadas)

Diámetro exterior (mm)

Espesor (mm)

Diámetro interior (mm)

�∆ 6,35 0,76 4,83

5/16∆ 7,93 0,76 6,41

3/8∆ 9,52 0,76 8,00

�∆ 12,7 0,76 11,18

�∆ 12,7 0,81 11,08

5/8∆ 15,87 0,76 14,35

5/8∆ 15,87 0,81 14,25

�∆ 19,05 0,81 17,43

�∆ 19,05 0,89 17,27

7/8∆ 22,22 0,81 20,60

7/8∆ 22,22 0,89 20,44

1∆ 25,40 0,89 23,62

1 1/8∆ 28,57 0,89 26,79

1 1/8∆ 28,57 1,02 26,53

1 3/8∆ 34,92 1,02 32,88

1 3/8∆ 34,92 1,07 32,78

1 3/8∆ 34,92 1,27 32,38

TUBER‹AS PARA R-404A DIŸMETROS INTERIORES

EN MIL‹METROS

T≤ de evaporación

-20 -25 -30

5.95 6.03 6.10

4.43 4.47 4.52

11.04 11.92 12.93

7.73 7.82 7.92

5.73 5.78 5.84

14.31 15.46 16.76

9.00 9.12 9.24

6.66 6.72 6.79

16.67 18.01 19.52

10.04 10.16 10.30

7.41 7.48 7.56

18.58 20.07 21.76

10.92 11.06 11.20

8.06 8.13 8.21

Fig. 18: Selección de los diámetros comerciales de los tubos.

En la selección se han tomado los diámetros más próximos por exceso, debido a que nues-tro rendimiento (2,34 kW) es superior a los 2 kW considerados en la tabla (para una mayor aproximación efectuar una interpolación).

50

Unid

ad


Selecciona de entre los catálogos que figuran en esta unidad, un evaporador, una unidad condensadora y una válvula de expansión para una máquina frigorífica de 3.000 W de poten-cia frigorífica a 0 oC de temperatura de conservación, 8 K de salto térmico y 25 oC de temperatura ambiente.

ctiv

ida

ad

4

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Calo

r

Separación de aletas - entre 3 y 7 mm.

600.3161,1

××= TQP

Para la selección del evaporador atender a la:

Circulación del aire a su través - estáticos o dinámicos.

Forma- cúbicos, de plafón o murales.

gspT QQQQ ++=

Potencia frigorífica del equipo:

)(3 iconges TTCmQ −××= calor tras la congelación

Carga térmica total:

calor durante la congelación LCmQ ×=2

calor antes de congelación)(1 congentel TTCmQ −××=

321 QQQQg ++=

• Donde:


• Si hay cambio de fase:

ps QQ %=

Calor por carga de género:

• Si no hay cambio de fase:

4,86)( ×−××= iep TTe

SQ λ

Calor por servicio:

Para la determinación de la carga térmica de una cámarafrigorífica se calculan las siguientes ganancias de calor:

Calor a través de paredes:

Resumen

Carga térmica de la cámara


Unid

ad


Selección de otros componentes

Capacidad del evaporador: que puede obtenersede los catálogos técnico-comerciales básicamentede tres formas:

• Directamente: si las condiciones de funciona-miento de nuestro evaporador coinciden conlas de catálogo.

• Aplicando un factor de corrección que trans-forme nuestras condiciones a las de catálogopara poder elegirlo directamente.

• Utilizando programas informáticos que, al in-troducir las condiciones de funcionamiento,proporcionen directamente los evaporadoresmás adecuados.

La unidad condensadora se selecciona atendiendo a supotencia frigorífica en función de las temperaturas decondensación (o ambiental, según catálogos) y la deevaporación (o de conservación, según catálogos).

Para la selección de la válvula de expansión atenderemos a:

Tipo de refrigerante: Las válvulas de expansión estánpensadas para trabajar con un único refrigerante.

Tipo de equilibrador: pudiendo ser interno enevaporadores con poca pérdida de carga o externoen evaporadores con mucha pérdida de carga.

Tipo de unión: soldada o roscada.

Capacidad nominal del orificio: que se obtienende catálogo conociendo las temperaturas de eva-poración y condensación.

Para la selección de las tuberías se puede recurrir a ta-blas ya confeccionadas para distintas potencias frigorífi-cas de la instalación.

53

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cnic

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Mon

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y M

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nim

ient

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Inst

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Frí

o, C

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izac

ión

y Pr

oduc

ción

de

Calo

r

Autoevaluación

1. Calcula las ganancias de calor que se producen al introducir diariamente 1.000 kilos de pescado congelado a -8 oC en una cámara frigorífica cuya temperatura interior es de -18 oC.

2. Calculada la carga térmica diaria de una cámara frigorífica se ha obtenido que ésta

es de 3.000 W. Se pretende que la temperatura interior sea de +2 oC y que la humedad relativa se mantenga en torno al 80%.

Selecciona en la tabla adjunta el modelo de evaporador capaz de mantener el airede la cámara en las condiciones descritas.

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3. Seleccionar de entre los modelos disponibles en el catálogo adjunto, un evapora-dor de 3.000 W de capacidad para enfriar el aire de una cámara a -18 oC, mante-niendo la humedad relativa de su interior al 70%. Se adjuntan los gráficos para laselección.

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4. Seleccionar una unidad condensadora de 20.000 W de potencia frigorífica de en-tre las que se ofrecen en el catálogo adjunto, sabiendo que trabajará bajo una tem-peratura ambiente de 30 oC y con una temperatura de evaporación de -30 oC.

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5. Seleccionar en el catálogo adjunto el orificio para una válvula de expansión que seinstalará en un equipo frigorífico de 3.000 W de potencia frigorífica, el cual traba-jará con refrigerante R-134A a una temperatura de condensación de +45 oC y unatemperatura de evaporación de -10 oC.

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Respuestas Actividades

1. En el primer caso, al no haber congelación, utilizamos la expresión:

)( ienteg TTCmQ −××= En esta expresión:

m = 1.000 kg. Ce = 2,13 kJ/kg (Tabla 2). Tent = 15 oC. Ti = 5 oC.

Sustituyendo estos valores en la fórmula tenemos:

( ) kJTTCmQ ienteg 300.2151513,2000.1)( =−××=−××= En el segundo caso la carne se congela, por lo que el cálculo debe hacerse en trespasos: a. Primero se hace descender su temperatura desde +5 oC hasta 0 oC.

kJTTCmQ congentel 650.10)05(13,2000.1)(1 =−××=−××=

b. Después se congela a 0 oC.

kJCmQ L 000.128128000.12 =×=×=

c. Finalmente se hace descender su temperatura hasta -10 oC.

( )[ ] kJTTCmQ iconges 000.131003,1000.1)(3 =−−××=−××=

El calor total extraído en este caso es:

kJQQQQg 650.151000.13000.128650.10321 =++=++= En ambos casos la temperatura de la carne desciende 10 oC, sin embargo en el se-gundo caso el calor extraído es mucho mayor que en el primero; ello se debe aque hay que extraer una gran cantidad de calor para que la carne se congele, per-maneciendo la temperatura constante a 0 oC durante la congelación. La congelación absorbe mucho calor, por eso los equipos destinados a realizarlason mucho más potentes que los destinados a la simple conservación de productosya congelados.

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2. Para conocer el rendimiento del evaporador en las condiciones Tc = +10 oC yDt1 = 10 K utilizaremos el factor de corrección que se obtiene del gráfico corres-pondiente. Para ello es preciso obtener primeramente la temperatura de evapora-ción:

T≤ de evaporación = Tc √ Dt1 = +10 -10 = 0 oC

A continuación se traza una vertical desde la temperatura de evaporación de 0 oChasta cortar a la curva correspondiente a Dt1 = 10 K. Seguidamente se traza unahorizontal hasta cortar al eje vertical, en el que obtendremos el factor de correc-ción correspondiente, que en este caso es Fc = 1,5.

Conocida la capacidad del evaporador en las condiciones de catálogo (Tc = 0 oC y DT1= 8 K), se puede conocer su capacidad en otras condiciones aplicando la expresión:

Capacidad otras condiciones = Capacidad condiciones de catálogo x Fc En nuestro caso: Capacidad otras condiciones = 78.120 x 1,5 = 117.180 W Como puedes comprobar, ésta es la capacidad que figura en el catálogo para lascondiciones analizadas. Procediendo de manera análoga para las condiciones Tc = -18 oC y Dt1 = 7 K se tiene: T≤ de evaporación = Tc √ Dt1 = -18 -7 = -25 oC Fc = 0,77

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Por lo que: Capacidad otras condiciones = 78.120 x 0,77 = 60.152 W Salvando los pequeños errores que se pueden producir al efectuar la lectura en elgráfico, el valor obtenido es prácticamente el mismo que figura en el catálogo paralas condiciones estudiadas.

3. Entrando en la tabla 12 en horizontal por el rendimiento de 5 kW, podemos leerlos diámetros interiores de los tubos en la columna correspondiente a la temperatu-ra de evaporación de -10 oC, éstos son:

Diámetro interior de la línea de descarga: 10,67 mm. Diámetro interior de la línea de líquido: 7,91 mm. Diámetro interior de la línea de aspiración: 17,50 mm.

En la tabla de dimensiones comerciales seleccionaremos aquellos tubos cuyos diá-metros interiores se aproximen a nuestras necesidades:

Tubo para la línea de descarga: 1/2∆. Tubo para la línea de líquido: 3/8∆. Tubo para la línea de aspiración: 3/4∆.

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4. Puesto que las condiciones impuestas coinciden con las del catálogo de evapora-dores FRIMETAL de la tabla 6, elegiremos directamente aquél cuya capacidad seaproxime más a los 3.000 W. Como vemos, se trata del modelo PLM-N20, de3.100 W de capacidad. Para la elección de la unidad condensadora calcularemos previamente la tempera-tura de evaporación:

T≤ evap = T≤ conserv √ salto térmico = 0 √ 8 = -8 oC En la tabla 7 de unidades condensadoras DWM Copeland no figura esta tempera-tura de evaporación, siendo las más próximas -5 oC y -10 oC. Tampoco figura en latabla la temperatura de condensación del enunciado, 25 oC, pero sí la de 27 oC,muy próxima a ella. En este caso haremos una estimación del valor de la potenciaentre los valores conocidos, aunque para hacerlo de una forma más exacta se pue-de recurrir a una interpolación. Entraremos entonces en la tabla por las temperaturas de evaporación de -5 oC y -10 oCy seleccionaremos aquella unidad con una potencia frigorífica similar a la del enun-ciado (3.000 W) para una temperatura ambiente de 27 oC. Existen tres modelos cuya potencia frigorífica se aproxima a nuestras necesidades:

El modelo AM25/DKJ-10X proporciona una potencia frigorífica de 3.260 W a unatemperatura de condensación de 27 oC y de evaporación de -5 oC; con la mismatemperatura de condensación pero con una temperatura de evaporación de -10 oC,la potencia frigorífica de este modelo es de 2.770 W.

El modelo AU35/DKJ-10X proporciona una potencia frigorífica de 3.320 W a una

temperatura de condensación de 27 oC y de evaporación de -5 oC; con la mismatemperatura de condensación pero con una temperatura de evaporación de -10 oC,la potencia frigorífica de este modelo es de 2.820 W.

Los modelos AD15/DKJ-10X y AU45/DKJ-10X proporcionan una potencia frigo-

rífica de 3.520 W a una temperatura de condensación de 27 oC y de evapora-ción de -5 oC; con la misma temperatura de condensación pero con una tempe-ratura de evaporación de -10 oC, la potencia frigorífica de este modelo es de2.960 W.

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Respuestas Autoevaluación

1. El calor a extraer será el necesario para hacer descender la temperatura del pesca-do desde los -8 oC hasta los √18 oC. Este calor se calcula mediante la expresión:

)( ienteg TTCmQ −××= En la que, sustituyendo datos:

[ ] kJCCKkg

kJkgTTCmQ ienteg 400.17)º18(º874,1000.1)( =−−−×⋅

×=−××=

El calor específico utilizado es el del pescado después de la congelación (Tabla 3).

2. Primeramente se debe obtener el salto térmico que proporcione la humedad relati-va deseada, para lo cual debemos recurrir al gráfico de la figura que se encuentra en la unidad didáctica: El salto térmico que se obtiene es ∆t1 = 7 oC. Como se puede comprobar, las con-diciones del enunciado del problema ∆t1 = 7 oC y Tc = +2 oC) figuran en el catálo-go en la segunda columna de rendimientos, por lo que para seleccionar el evapo-rador adecuado basta con elegir directamente aquél que tenga un rendimiento lomás próximo al deseado (3.000 W), que en este caso es el A 60, con 3.070 W derendimiento.

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4. El salto térmico que tiene lugar en un condensador es de 15 oC sobre la temperatu-

ra ambiente, por lo que la temperatura de condensación a considerar será de 45 oC(30 oC + 15 oC = 45 oC). La tabla adjunta incluye los rendimientos (potencias frigo-ríficas) de las unidades condensadoras para las temperaturas de condensación de+40 oC y +50 oC y para las temperaturas de evaporación de -30 oC, -35 oC y -45 oC.Buscaremos en la tabla el rendimiento más próximo al deseado para una tempera-tura de evaporación de -30 oC.

En el catálogo encontramos dos modelos cuyo rendimiento se aproxima a este va-lor de 2.727 W: son el EF40 y el G40, cuyas capacidades en las condiciones de ca-tálogo (∆t1 = 8 K y Tc = 0 oC) son 2.960 W y 2.510 W respectivamente. Al tratarsede un producto congelado es preferible tomar el evaporador son una separación dealetas de 7 mm (ver tabla 4 de la unidad), por lo que optaremos por el modeloG40.

3. En este caso la humedad relativa deseada es del 70%, que se corresponde con unsalto térmico de 9,5 K, según puede verse en el gráfico 1: A continuación se obtiene el factor de corrección Fc en el gráfico 2, siendo el valorobtenido Fc = 1,1. Dividiendo la capacidad deseada por este factor de correcciónse obtendrá la capacidad con la que figura en catálogo el evaporador buscado.

W2.727

1,1W3.000

correccióndeFactorscondicioneotrasCapacidad

catálogodescondicioneCapacidad ===

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Como vemos, la unidad UC40 proporciona un rendimiento de 20.510 W a la tem-peratura de condensación de +40 oC, y de 19.390 W a +50 oC. Cabe preguntarsecuál será su rendimiento a +45 oC, temperatura del enunciado del problema. En este caso puede recurrirse a una interpolación. Puesto que +45 oC es la mediaaritmética de +40 oC y +45 oC, también lo será ƒcon cierta aproximaciónƒ el va-lor del rendimiento a +45 oC respecto a los rendimientos a +40 oC y +45 oC. Así,pues, el rendimiento de la unidad UC40 será: Valor muy próximo al exigido en el enunciado del problema.

W19.9502

W19.390W20.510oRendimient =

+=

5. Entrando en la tabla por la columna correspondiente a la temperatura de evaporaciónde -10 oC, vemos que el orificio n≥ 2 es adecuado para la capacidad de 3,06 kW(3.060 W) a +50 oC de temperatura de condensación, y de 2,91kW (2.910 W) para latemperatura de +40 oC.

Al igual que se hizo en el problema anterior, se puede promediar el valor de la ca-pacidad de la válvula para obtener su capacidad a +45 oC:

W29852

W2.910W3.060Capacidad =

+=

De valor muy próximo al deseado (3.000 W).

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Notas

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Técnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor

ifr 3.selección de máquinas y equipos

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