1. OBJETIVO

Este proyecto tiene el objetivo de diseño de una instalación frigorífica para almacenar 15 toneladas de tomate con movimiento diario de 3 toneladas y está situado en la ciudad de Valencia.

El proyecto está destinado específicamente para el cálculo de la carga térmica para el almacenamiento en frío y con la posesión de los cálculos, hacer la selección y dimensionamiento de los equipos responsables de enfriamiento.

2. DATOS INICIALES

A continuación se representan los datos para el proyecto.

2.1. Emplazamiento

LOCALIDAD VALENCIAAltura sobre el nivel de mar 15 m

Temperatura del suelo 24,5 °CTemp. y humedad relat. ext. 31,8 °C; 35%

EMPLAZAMIENTO

2.2 Datos relativos a los tomates

TIPO DE PRODUCTO TOMATETemp. prod. entr. de cámara 20 °CCant. de prod. almacenado 15 t

Cant. de prod. que ent/sale diariam. 3 tEmbalaje (% sobre masa de prod.) 3%

Palets(% sobre masa de prod.) 5%Tiempo de enfriam. Para el prod.

Alcance la temp. de cámara24 h

Temp., humedad relativa y tiempo de conservación em cámara

7°C; 90%;

1 semana

Densidad de almacenamiento del producto em cámara (kg/m³)

170

Temperatura de congelación 7 °CCp antes de congelación 0,91

Calor respiración a 25 °C 0,293Calor respiración a 0 °C 0,0419

PRODUCTO

2.3 Datos relativos a cámara y al sistema

CÁMARAPROD. ALMACENADO TOMATE

Tipo de câmaraconservación

Temp. y humedad relativa int. 1 °C, 90%

Tiempo diario de func. 20hMét. de prod. de frío compressión

Refrigerante 404ATipo de refrigeración directa

Tipo de evaporadores secosTipo de condensadores por aire

Tipo de ciclo simple etapaEstablecimento de uma o varias

lineas de friouna

Uso de intercambiadores de subenfriamiento/recalentamiento

no

SISTEMA

3. ESTIMACION DE CARGAS

La carga térmica de refrigeración es el calor que se debe extraer de la cámara, con el fin de que mantenga la temperatura de diseño en su interior. Este calor coincide con el calor que entra o que se genera dentro de la cámara frigorífica.

Son muchos los factores que intervienen, y es por este motivo que se distribuyen en apartados denominados “partidas”, cada una de estaspartidas tiene en cuenta el calor introducido o generado por una causa concreta.

El cálculo de las necesidades frigoríficas de una cámara, es una operación rutinaria y que resulta repetitiva, ya que siempre intervienen los mismos datos y partidas.

Para los cálculos de la carga térmica, se utilizan una serie de ecuaciones matemáticas simples, cada una relacionada a las diferentes partidas existentes. También es necesario el uso de tablas, con el fin de simplificar el cálculo y obtener resultados de manera casi directa.

Para mantener el frio en una cámara y todo el material almacenado en su interior, es necesario extraer el calor inicial y después todo el calor que va entrando por diferentes motivos.

La extracción total de calor, Q, se puede expresar de la siguiente manera:

Q=Q produtos+Q otros

Q produtos, representa las partidas que están relacionadas con la eliminación del calor sensible, del calor latente de solidificación, deblas reacciones químicas, del embalaje y del calor

absorbido por la congelación del agua de los alimentos o de los productos que se desean refrigerar.

Qotros , incluye entre otros los flujos de calor a través de los cerramientos de la cámara por transmisión de paredes, suelos y techos, la refrigeración del aire exterior que entra, la ventilación, las cargas térmicas debidas a los ventiladores, bombas, iluminación eléctrica, personas que manipulan los productos, etc.

3.1 CARGA DEL PRODUCTO

Enfriamiento del producto

Q∏ ¿=mp c pa(Te−Tc )/ tenfr ¿

Donde,

m p: masa de producto entrante diariamente;

c pa: calor específico del producto antes de la congelación;

T e: temperatura del producto a la entrada;

T c: temperatura de la cámara;

t enfr: tiempo que tarda el producto en alcanzar T c.

Enfriamiento embalaje/palés

Qemb / pal=(memb+m pal)ce (Te−T c) /t enfr

Donde,

memb: masa de embalaje/palés;

m pal: masa de palés;

ce: calor de respiración del producto a la temperatura de entrada.

Respiración

Qresp=m p cr m+ma cr c

Donde,

cr m: calor de respiración medio;

ma: masa de produto almacenado;

cr c: calor de respiración del producto a la temperatura de cámara.

0,2930,0419

0,16745

1,625 kW1,633 kW1,768 kW

TOTAL 5,0262 kW

TIPOS DE CALOR

3.2 CARGA DE CERRAMIETOS

Dimensiones cámara:

Largo (m) 5Ancho (m) 5Alto (m) 4Superficie (m²) 25Volumen (m³) 100

DIMENSIONES

Dens. Almac.: 15000/100 = 150 kg/m³ < 170 kg/m³

Para a cámara de conservación se acepta q ~ 7 W/m². Esta cámara está en el interior de una nave industrial, las paredes laterales están cerca de otras cámaras servidas por instalación independiente. Por todo, la temperatura equivalente exterior para paredes, techo y suelo será la media ponderada entre la temperatura exterior y la de cámara: 0,75*31,8 + 0,25*2 = 24.35 °C.

Paredes y techo están constituídas por “panel frigorífico” comercial y el suelo tiene solera de hormigón con canales de ventilación, capa de aislamiento entre capas antihumedad y capa de hormigón.

Se utiliza panel de poliuretano expandido (7,5 cm de espesor) en paredes y techo, y capa de poliuretano expandido (8 cm de espesor) en el suelo.

Como resultado se obtiene un flujo de calor de 7,2 W/m² en paredes y techo, y de 6,9 W/m² en suelo.

Qcerram=UA (Te qext−Tc )

Espesor aislante (cm) U (Wm-²K-¹) A (m²) Q (kW)Techo 7,5 0,2926 25 0,12692Suelo 8 0,2787 25 0,12089

Paredes 7,5 0,2926 80 0,40613TOTAL 0,65393

3.3 CARGA DE VENTILACIÓN

La cámara tiene tráfico de carga normal y se ventila por apertura y cierre de puertas. El número de renovaciones diarias (NRD) se obtiene a partir del volumen (V) de la cámara como:

NRD=70/√V /m ³ = 70/√100= 7

Qrenovación=NRDV ρ(hext−hc) = 0,52 kW

ρ=1,2 k gas /m ³

3.4 CARGAS PROPIAS DE LA INSTALACIÓN

La carga de ventiladores de los evaporadores se estima como porcentaje (6%) de la carga total acumulada estimada hasta ahora.

Qventiladores=0,06∗6,2 = 0,372

3.5 OTRAS CARGAS

Personas 2 personas 0,52Iluminación 10 W/m² 0,48Maquinaria 1 carretilla elevadora 0,4

TOTAL (kW) 1,4

3.6 RESUMEN DE CARGAS

Q(kW) %Producto 5,0262 63,25

Cerramientos 0,654 8,29Renovación de aire 0,52 6,53

Ventiladores 0,372 4,36Otras 1,4 17,57Total 7,9722 100

RESUMEN DE CARGAS

Es habitual la práctica de aplicar un factor de seguridad aumentando en un 10%, para prever posibles variaciones de carga (calor del desescarche, infiltración de aire del exterior,…)

carga mayorada 1,1*7,9722 8,7694 kWpot. frigorifica a instalar 9,62082*24h/20h 10,53 kWpot. frigorifica instalada por u. de volumen 10,53 kW/100 105,23 W/m³

4. CICLO FRIGORÍFICO

Pot. Frigorífica 10,53Caudal másico 434,687 Kg/h

Caudal volumétrico del compresor 16,77 m³/hRend. Mecánico 0,9

Tasa de compresión 4,25Rend. Volumétrico del compresor 0,79

Rend. Interno del compresor 0,79Rend. Efectivo del compresor 0,71

Caudal volumétrico desplazado por compresor 21,23 m³/hPot. Absorbida por el compresor 6,13 kW

Pot. Disipada em condesador 16,75 kWCOP 1,72

Pot. Frigorífica por volumen barrido 0,496 kW h/m³

5. SELECIÓN DE EQUIPO

5.1 Compresores

El compresor es el elemento activo del circuito de refrigeración. Cumple dos funciones: reducir la presión en el evaporador hasta que el líquido refrigerante evapora a la temperatura fijada, y mantiene esta presión retirando los vapores y elevando la temperatura del medio condensado.

Por lo tanto, el trabajo del compresor consiste en aspirar los vapores del fluido refrigerante, comprimirlos y descargarlos en el condensador.

A continuación aparecen las características de los dos compresores que más se ajustan. En el caso del compresor, no hace falta la elección del compresor de mayor potencia, pues el factor de simultaneidade y el coeficiente de seguridad, nos garantiza que la elección del primer compresor es la adecuada. Además, como se puede apreciar en el diagrama los límites de aplicación del compresor, el de mayor potencia se encuentra fuera de los límites de aplicación.

Por este motivo, la elección es de dos compresores modelo 2JES-07Y Bitzer. Los datos abajo son la base para a elección del compressor.

Fluid frigorífico R-404aPot. Frigorífica 10,53 kW

Temperatura de evap. -3 °CTemperatura de condensación 50 °C

Subenfriamento del líquido 0 °C Recalentamiento de gas aspirado 7 °C

5.2 Evaporador

Un evaporador es un intercambiador de calor que tiene la capacidade necesaria para conseguir la temperatura deseada en el recinto a enfriar.

La misión principal del evaporador es asegurar la transmisión de calor desde el medio que se enfría hasta el fluido frigorígeno. El refrigerante líquido, para evaporarse, necesita absorber calor y, por lo tanto, produce frío.

El evaporador seleccionado será de circulación forzada de aire, del tipo dryex y con un sistema de desescarche eléctrico.

Para una mejor distribución del frio en el interior de la cámara, y así conseguir que las diferencias de temperaturas en el interior sean mínimas, instalaremos 2 evaporadores, con el fin de obtener un mejor reparto.

La casa Kobol-Koxka pone al alcance de sus clientes una amplia información para la selección de los evaporadores y el modelo elegido há sido IRP-142 desta casa, ya que cumple las condiciones requeridas para la cámara y se recomienda para los productos frescos.

5.3 Condensador

Es un intercambiador de calor en el que se produce la condensación de los gases a la salida del compresor. El condensador debe de ser capaz de extraer y disipar el calor absorbido en el evaporador más el calor equivalente al trabajo de compresión.

La liberación de este calor pasa por tres fases. La primera consiste en el enfriamiento de los gases desde la temperatura de descarga del compresor, hasta la temperatura de condensación.

Esta fase es muy rápida, debido a la gran diferencia de temperaturas entre el fluido frigorífico y el propio condensador. Actúa generalmente en la primera cuarta parte del condensador.

La segunda fase consiste en la cesión del calor latente de condensación. Es la etapa más lenta y más importante, es donde el fluido efectúa su cambio de estado.

La última fase es el enfriamiento del líquido desde la temperatura de condensación hasta la temperatura deseada (líquido subenfriado). Este enfriamiento se produce en la última cuarta parte del condensador. La btemperatura final del líquido dependerá del salto térmico existente.

El sistema utilizado para la condensación del fluido refrigerante es con aire como medio de extracción, por las ventajas que presenta respecto el outro sistema.

Con los datos de entrada para seleccionar el condesador, fue elegido CNH -100L también de la casa Kobol-Koxka, em axexo estarán los catálogos.

5.4. Válvulas de expansión

Entre las funciones que realiza la válvula de expansión, debemos destacar las siguientes:

- Regular la capacidad de fluido refrigerante que entra en el evaporador;

- Se encarga de mantener una alta y baja presión en los extremos de la misma válvula;

- Provocar la expansión del fluido. El fluido pasa de la alta a la baja presión necesaria en el evaporador.

Para la selección de la válvula de expanción termostática, há sido elegida DANFOSS T2/05, com capacidade adecuada para la instalación proyectada.