Proyecto de Refrigeración

INTRODUCCION

La refrigeración es el uso de maquinaria y sistemas mecánicos o térmicos (activados por calor) para lograr un enfriamiento. la producción de temperaturas extremadamente bajas, inferiores a -150 oC1, suele denominarse CRIOGENIA, y el empleo de equipo de refrigeración para la comodidad ambiental del ser humano se conoce como acondicionamiento de aire.La refrigeración se emplea en instalaciones con un amplio intervalo de capacidades de enfriamiento y niveles de temperatura.

PRINCIPIOS BASICOSTodos los procesos frigoríficos están regidos por principios termodinámicos, la refrigeración se realiza según el ciclo de Carnot inverso empleando un fluido que se evapora y condensa a presiones adecuadas para los diseños prácticos. El ciclo de vapor se ilustra mediante un diagrama presión – entalpía.

El compresor eleva la presión del vapor refrigerante de modo que la temperatura de saturación se encuentre un poco por encima de la temperatura de un medio enfriante disponible, como agua y aire, esta diferencia de temperatura permite la transferencia de calor desde el vapor hacia el medio enfriante de modo que el vapor pueda condensarse.A continuación el liquido se expande hasta adquirir una presión tal queso temperatura de saturación se encuentra ligeramente por debajo de la temperatura del producto por enfriar. Esta diferencia de temperatura permite la transferencia de calor desde el producto hacia el refrigerante, haciendo que este último se evapore. El vapor formado debe ser retirado por el compresor con velocidad suficiente para conservar la baja presión en el, evaporador y mantener operando el ciclo.Con frecuencia se emplea la recirculación por bombeo del refrigerante en vez de su evaporación directa para accionar cambiadores de calor distante o especialmente diseñado. en la actualidad también se usan comúnmente refrigerantes secundarios o salmuera, para obtener control y operación sencillo.

SISTEMAS DE REFRIGERACION.La refrigeración puede efectuarse en sistemas de ciclo cerrado o de ciclo abierto. En un ciclo cerrado el fluido refrigerante se encuentra confinado en el sistema y recircula cíclicamente durante el proceso. En un ciclo abierto el fluido que se emplea como refrigerante pasa por el sistema una vez en su recurrido para su uso como producto o materia primera fuera del proceso de refrigeración. un ejemplo es el enfriamiento del gas natural para separar y condensar los componentes mas pesados.

OPERACIÓN DEL CICLO CERRADO Para un ciclo simple la temperatura mas baja del evaporador que resulta practica en un sistema de ciclo cerrado. La mayor parte de los compresores de movimiento alternativo de alta velocidad están limitados a una compresión de 9:1 de modo que el ciclo simple se usa para temperaturas del evaporador de 2 a – 500 C.

ELECCIÓN DEL REFRIGERANTE PARA EL CICLO CERRADO.En cualquier ciclo cerrado, la elección del fluido operante es irrestricta y suele recaer en aquel cuyas propiedades son más idóneas para las condiciones de operación.La elección depende de diversos factores, algunos de los cuales pueden no relacionarse directamente con la capacidad del refrigerante para extraer calor. la idoneidad de un refrigerante también depende de factores tales como el tipo de compresor por usar (centrífugo de empuje rotatorio o de movimiento alternativo), seguridad de su aplicación, diseño del cambiador de calor, aplicación de códigos, magnitud de trabajos e intervalos de temperatura y los factores que se debe tener en cuenta al elegir un refrigerante son:

Presión de descarga (condensación). debe ser lo suficientemente baja para adaptarse a la presión de diseño de los recipientes de presión, envolventes de compresor, etc.

Presión de Aspiración (evaporación). debe ser mayor que aproximadamente 3.45 kPa (0,5 lb/pulg2 abs.) para una elección práctica del compresor.

Presión de Reserva (saturación a temperatura ambiente). debe ser lo suficientemente baja para adaptarse a la presión de diseño del equipo a menos que el sistema cuente con otros medio para manejar el refrigerante durante la inactividad.

Temperatura y Presión Críticas. debe estar por muy de encima del nivel de operación A medida que se alcanza la presión crítica del de sobrecalentamiento del gas de descarga del compresor se libera menos calor latente que calor sensible por lo que reduce la eficiencia del ciclo.

Volumen de Aspiración. determina el tamaño del compresor Punto de Congelación. debe ser menor que la temperatura de operación mínima,

esto no suele ser un problema, a menos que se use salmuera como refrigerante. Potencia Teórica. la necesaria para la compresión adiabática del gas es

ligeramente menor con algunos refrigerantes que con otros. Densidad del Vapor (o el peso molecular). es una característica importante

cuando el compreso5r es centrífugo debido a que los gases más ligeros requieren más impulsores para un aumento dado de la presión o de la temperatura.

Densidad del Líquido. son comparativamente bajas de modo que la caída de presión no suele ser un problema.

Calor Latente. este calor ha de ser elevado en virtud de que reduce la cantidad de refrigerante que es necesaria hacer circular.

Costo del Refrigerante. depende del tamaño de la instalación y debe considerarse tanto desde el punto de vista de la carga inicial como de la composición, debido a las perdidas que ocurren durante el servicio.

Otras Propiedades Deseables. los refrigerantes deben ser estables y no corrosivos, en base a consideraciones de transferencia de calor un refrigerante debe tener baja viscosidad, elevada conductividad térmica y alto calor específico.

DISEÑO DE ALMACENES FRIGORIFICOS.La ubicación de un espacio refrigerado para uso privado dentro de una planta depende de las otras operaciones del propietario. la ubicación elegida debe adaptarse a la planificación a largo plazo de las operaciones de operación del propietario, circulación, almacenamiento general, y expansión de la planta. el espacio público debe estar localizado de modo que satisfaga una necesidad definida atendiendo un área de producción, un punto de almacenamiento en transito, un área de consumo con un elevado promedio de uso.La diseñar almacenes frigoríficos además de la ubicación deben considerarse otros muchos factores tales como el tamaño global, forma de estibado de los productos. Configuración en uno o más niveles de pisos, y espacios para el personal.Para el almacenamiento especial pueden requerirse locales de almacenaje con atmósfera controlada, por ejemplo para el almacenaje de carne en estos sitios debe contarse con sellos especiales a prueba de gas para facilitar la conservación de un ambiente que la atmósfera normal.

ELECCION DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.La elección del sistema más practico y económico debe hacerse en las primeras etapas de la planificación. Para el almacenamiento a baja temperatura de un solo tipo de producto, puede aplicarse casi a cualquier tipo de sistema. Sin embargo los

productos por almacenar requieren diferentes valores de temperatura y humedades sistema de refrigeración debe contar con distintos cuartos aislados y condiciones.Las cargas de refrigeración de almacenes con la misma capacidad varían ampliamente de modo que no se puede aplicarse una regla empírica y siempre debe hacerse en análisis detallado. El equipo de enfriamiento debe diseñarse para los máximos requerimientos diarios que estarán por muy de encima del promedio mensual, entre los factores que deben considerarse se incluyen:

1. transmisión de calor2. infiltración3. bombas, ventiladores, equipos, alumbrado.4. cantidad de calor extraída del producto al reducir su temperatura a la de

almacenamiento.5. cantidad de calor generada por los productos de almacenamiento.6. cantidad de calor extraída si los productos deben congelarse.

Los ventiladores y unidades de serpentín deben considerarse especialmente para asegurar la uniformidad de temperaturas, velocidad de recirculación del aire y humedades relativas en los espacios con refrigeración.

AISLAMIENTO FRIGORIFICO.El éxito de una cubierta aislante se debe directa y completamente a los sistemas de barreras de vapor, que impiden la transmisión de vapor de agua hacia el interior y a traves del aislamiento. Se requiere una buena barrera de vapor del lado caliente del aislamiento a fin de evitar que se condense agua dentro del aislante, anulando su valor frigorífico y causando quiza una falla estructural. los materiales aislantes deben colocarse en el techo de la camara refrigerada y no sobre la superficie del plafón o parte interior. Otros metodos de aplicación requieren un cuidadoso diseño. Los paneles para muros aislados se aplican en la parte externa del bastidor estructural, impidiendo asi la conducción de calor por el bastidor de la estructura.la tendencia es en cuanto a las puertas aisladas en las cámaras refrigeradas es contar con el minimo numero de ellas.

ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS.E s recomendable el preenfriamiento de los productos antes de almacenarlos en refrigeración en virtud de que la rápida eliminación de calor en el sitio incrementará de manera sustancial la vida del producto en el almacenamiento. Frutas y legumbres frescas el almacenamiento están vivas, y por tanto el calor de su respiración siempre debe considerarse como parte de la carga frigorífica.

INFORMACION NECESARIA PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA FRIGORIFICO

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO Y ESPECIFICACIONES TERMICAS

tipo de proceso- en lotes- continuo

balances térmicos normales

balances normales de materiales composición normal de materiales presiones y temperaturas de operación normal forma de suministrar la refrigeración; esto es, refrigerante primario o

secundario.

ESPECIFICACIONES BASICAS detalles del sistema mecánico normas de construcción requisitos de aislamiento requisitos especiales de prevención de la corrosión requisitos especiales de sellado ambiente de operación consideraciones especiales de seguridad limitaciones de mantenimiento

CONDICIONES DE INSTRUMENTACION Y CONTROL ínter bloqueos de seguridad ínter bloqueos de proceso requisitos especiales de control instrumentos especiales grado de automatización

OPERACION FUERA DE DISEÑO secuencia de puesta en marcha del proceso grado de automatización cargas de refrigeración en función del tiempo carga mínima necesidad de capacidad de reserva presiones y temperaturas de carga máxima cambios de presión, temperatura y compocisión durante el proceso.

REQUISITOS Y PROPIEDADES DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS PERECEDEROS

PRODUCTO TEMPERATURA DE HUMEDAD VIDA APROXIMADA ALMACENAMIENTO RELATIVA EN ALMACENAJE_____________________________________________________________________________________

CARNESCerdoFresca promedio 0 a 1 0 C 85 a 95 % 3 a 7 días

______________________________________________________________________Contenido de maxima calor específico calor especifico calor

agua congelación por encima de por debajo de latente congelamiento congelamiento

32 a 44 % -2.2 a – 2.70C 1.909 a 2.311 1.239 a 1.390 106.74 a 146.76 J/kg. 0 C J/kg.0 C J/ kg.

CALCULO DE LOS PRINCIPALES PARÁMETROS DE REFRIGERACIÓN

Primeramente se debe realizar las consideraciones siguientes del proceso de refrigeración de la carne de cerdo en nuestro medio (Potosí).1.- La conservadora a diseñarse y calcularse es ubicado en la Zona de Cantumarca de la ciudad de Potosí.2.- Temperatura ambiente de 20 0 C.3.- La temperatura de conservación sera de 0 a 1 0 C. (según tabla)4.- El sistema de refrigeración sera Sistema Cerrado.5.- El refrigerante a utilizar sera el R – 22Entonces de la gráfica de refrigerantes se saca el siguiente dato del R – 22 a una temperatura de 20 0 y 0 0 C. (valores tabulados en Stoker) las entalpias serán: h1 = 102 BTU/ Lb. h3= h 4 20 BTU/ Lb. h2= 112 BTU/Lb.

Datos del Producto a Conservar.- Se debe conservar la cantidad de 5.000 Kg/ mes de carne porcina para su comercialización, sabiendo que en la zona de Cantumarca existe un matadero de cerdos se considera un lugar propicio para el lugar de almacenamiento, según datos proporcionados en Potosí se consume a la semana los sigientes parámetros:Lunes a Miércoles se faenea de 4 a 10 cerdos Jueves a Sabado se faenea de 40 a 60 cerdos por semana, valores medios tomamos 6 + 50 = 56 por mes, sera un total de 224 cerdos por mes.

El peso total del cerdo vivo es aproximado de 130 kg en gancho es de 90 Kg luego del analisis se dio un peso aproximado de 20.160 Kg de carne de cerdo al mes. Entonces la dimensión dela conservadora tiene que ser de mayor tamaño que para 5.000 Kg.La carga del producto es cualquier ganancia de calor esto es debido al producto refrigerado. La carga puede ser el resultado de un producto que viene al conservador a una temperatura mayor que a la del area del almacenamiento. La carga total del producto es la suma de muchos tipos de carga del producto, entre estos parámetros tenemos:

a).- CALOR SENSIBLE SOBRE EL CONGELAMIENTO.

Kg. 2,205 lb lb 1 mes 1 dia lb 500 =-------- x ------------ = 1.1025 --------- x ---------- x --------- = 1,53x10 -3 -------- mes 1kg mes 30 días 24 hr hrs.

Por la formula tenemos que el calor sobre el congelamiento es:

QA= m . Ca . ATSegún tablas se tiene: BTUCa = 0,95 ------- , T1 = 86 0 F , Tf = 32 0 F LbReemplazando a la formula se tiene: Lb BTUQA = 1,53 x 10 -3 ---------- x 0,95 ------------- (86 – 32 0 F) Hrs. Lb 0 F BTUQA = 0,0784 --------- Hrs.

b).-CALOR LATENTE DE CONGELACIÓN.Por formula tenemos de calor latente lo siguiente:

BTUQl = m . Ç de tablas se tiene que Ç = 1,35 ---------

Lb.

Reemplazando se tiene; Lb BTU Ql = 1,53 x 10 -3 ---------- x 1,35 --------- Hr Lb BTU Ql = 2,06 x10 -3 ----------- Hrs.

c).- CALOR SENSIBLE POR DEBAJO DEL CONGELAMIENTO

Según la formula se tiene: QD = m . Cd . ATDe tablas se tiene que : BTU CD = 0,48 ----------- , T = 0 Lb 0 FReemplazando se tiene. Lb BTUQD = 1,53 x 10 -3 ---------- x 0,48 ---------- (32 – 0 0 F) Hr. Lb 0 F BTUQD = 0,0235 --------- Hrs.Ahora la carga del producto total es la sumatoria de todas las cargas, sera;

BTUQT = QA + Ql + QD ---------- Hrs.

BTUQT = 0,0784 + 2,06 x 10-3 + 0,0235 = 0,1039 ------------- Hrs.

CALOR POR CONDUCCION.

Antes de realizar el cálculo propiamente dicho del calor perdido por conducción se debe considerar lo siguiente:

Las medidas de la conservadora El aislante termico optimo Aspecto económico en la selección.

LAS DIMENSIONES DE LA CONSERVADORA.Según datos del proyecto es que para 5000 Kg / mes seria una dimensión de:

Las dimensiones indicadas corresponde a la parte interna de la conservadora, el área expuesta a la conducción es:

A = 2 (7x1 + 3x1 + 2,5x1)

( 3,208 Pie)2

A = 25 m2 x ---------------- A = 257,28 Pie 2

1m2

El material y espesor del aislante se escogen según la tabla, en función a la economia del diseño lo cual se considera lo siguiente:

La resistencia de la lana de vidrio por pulgada dato de la tabla 21 – A (manual de aire y refrigeración) es: R = 4,76como: I U = ----------- Rentonces se calcula 1 BTU U = ------------ = 0,21008 --------------- 4,76 h.pie2 0 F

Luego se reemplaza en la formula de la conducción de calor y se tiene;

BTUQC = U . A. AT ---------- Hr.

BTUQC = 0,21008 --------------- x 257,28 Pie 2 x 54 0 F h.pie 2 0 F BTUQC = 7509,14 ----------- Hr.Sumando la carga por conducción y el calor de la carga se tiene;

BTU

QT = QC + Qcarga ----------- Hr.

BTU

temp.int. de00 C.

temp.ext.de200 C

chapade zinc oalunminio

materialaislante lana de vidrio

QT = 7509,14 + 0,1039 ---------- Hr.

BTUQT = 7509,2439 -------------- Hr.

DETERMINACIÓN DE LA CARGA UTIL DE REFRIGERACIÓNSe denomina asi a la parte de la carga de refrigeración que realmente se aprovecha en la producción de frio y que es la que debe controlar el sistema. La carga util de refrigeración depende de cuatro factores que acontinuación se detalla:

1. Diferencia de temperaturas entre el espacio a refrigerar y el ambiente circundante.

2. Volumen interno del conservador.3. Tipo de trabajo que va a cumplir.4. Lapso de tiempo involucrado.

La carga util de refrigeración se calcula a partir del calor total lo cual es:

BTU 1Tn de refrigeraciónQT = 7509, 2439 ------------ x ---------------------------------- BTU 12.000-------- Hr.

QT = 625,7 TON DE REFRIGERACIÓN

DETERMINACIÓN DEL TRABAJO DEL COMPRESORPrimeramente se calula el efecto del refrigerante

BTUER = h1 - h 4 ------------------

Lb. BTUER= 102 - 20 ----------- Lb. BTUER 82 -------------- Lb.

Luego el caudal de refrigerante requerido para el sistema sera;

capacidad Lb.Caudal = ----------------- ----------- ER Min.

BTU 200 ---------- Min. 625,7 TON x --------------------------- 1 TONCaudal = -------------------------------------------------- BTU

82 ---------------- Lb. Lb.Caudal = 1526 ------------ Min.

El trabajo de compresión será:

h1 + Q = h2 + W BTUW = h1 – h2 ---------- Lb. BTUW = 112 - 102 ---------- Lb. BTUW = 10 -------------- Lb.

Luego el trabajo del compresor será:

Ncomp. = Wcomp. x Caudal BTU Lb.Ncomp. = 10 ------------- x 1526 ----------- Lb. Min.

BTU 0,0235 HPNcomp. = 15260--------- x ------------------ =

1 --------- Min.

NComp. = 358,61 HP.

En el campo de refrigeración de la carne de cerdo para el uso domestico se deben usar potencias de 1 / 20 a 1 / 2 HP. (segün Ernesto Sanguinetti) Refrigeración.

fin