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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

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“ESTUDIO COMPARATIVO PARA LA DEBIDA SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE UTILIZADO EN UNA CAMARA FRIGORIFICA PARA REFRIGERAR MANZANAS, LOCALIZADA EN ZACATLAN PUEBLA”

TESIS PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECANICO

PRESENTAN:

EDUARDO CASTRO CUEVAS CUAUHTEMOC JIMENEZ CASTILLO

MEXICO, D.F. 2008



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INDICE. INTRODUCCION

CAPITULO 1: “GENERALIDADES”.

No. PAGINA 1.1 BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN. 2 1.2 TIPOS DE REFRIGERACIÓN. 4

1.3 REFRIGERACIÓN DOMESTICA. 4 1.4 REFRIGERACIÓN COMERCIAL. 5

1.5 REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL. 5 1.6 REFRIGERACIÓN MARINA. 6

1.7 REFRIGERACIÓN PARA AIRE ACONDICIONADO. 7 1.8 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. 8

1.9 ENFRIAMIENTO. 9 1.10 REFRIGERACIÓN. 9

1.11 CONGELAMIENTO. 9 1.12 PROCESO CRIOGÉNICO. 9

1.13 APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. 10 1.14 CICLO BÁSICO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN. 11

1.15 EL DIAGRAMA DE PRESIÓN – ENTALPÍA (P-H) O DIAGRAMA DE MOOLIER. 13

1.16 SISTEMAS DIRECTOS. 14 1.17 SISTEMA INDIRECTO. 15

1.18 CONCEPTOS BÁSICOS. 16 1.19 TERMODINÁMICA. 16

1.20 PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA. 16 1.21 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. 16

1.22 SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. 16 1.23 ENERGÍA. 17

1.24 FUERZA. 17 1.25 PRESIÓN. 17

1.26 PRESIÓN ATMOSFÉRICA. 17 1.27 PRESIÓN MANOMÉTRICA. 18

1.28 PRESIÓN ABSOLUTA. 18 1.29 ESTADO DE LA MATERIA. 19

1.30 PROCESO TERMODINÁMICO. 20 1.31 CICLO TERMODINÁMICO. 20

1.32 CALOR. 21 1.33 CALOR ESPECÍFICO. 21



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1.34 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR. 22

1.35 TRANSFERENCIA DE CALOR. 22 1.36 CONDUCCIÓN. 22

1.37 CONVECCIÓN. 23 1.38 RADIACIÓN. 23

1.39 CALOR SENSIBLE. 24 1.40 CALOR LATENTE. 24

1.41 CALOR TOTAL. 24 1.42 CALOR LATENTE DE FUSIÓN. 24

1.43 CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN. 25 1.44 CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN. 25

1.45 ENTALPÍA. 25 1.46 ENTROPÍA. 25

1.47 VOLUMEN. 26 1.48 VOLUMEN ESPECÍFICO. 26

1.49 TEMPERATURA. 26 1.50 PUNTO DE EBULLICIÓN. 27

1.51 REFRIGERANTE. 28 1.52 SOBRECALENTAMIENTO. 28

1.53 SUBENFRIAMIENTO. 28 1.54 TONELADA DE REFRIGERACIÓN. 28

CAPITULO 2: “ANÁLISIS ENERGÉTICO” 2.1 ANÁLISIS DEL PROBLEMA. 30 2.2 CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS DE DISEÑO. 30 2.3 ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO (MANZANAS) SEGÚN ASRHAE. 30 2.4 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y CONSERVACION (MANZANAS) SEGÚN ASRHAE.

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2.5 CONDICIONES DE EMPAQUE. 31 2.6 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO. 34 2.7 DIMENSIONAMIENTO DEL ESPACIO POR REFRIGERAR. 34 2.8 MATERIALES DE CONSTRUCIÓN. 34 2.9 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA. 34 2.10 DEFINICIÓN DE BALANCE TÉRMICO. 34 2.11 CARGA TÉRMICA GENERADA POR LA TRANSMISIÓN DE PAREDES, PUERTA, PISO Y TECHO.

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2.12 CONDUCTANCIA DE LA PELÍCULA DE AIRE. 36 2.13 CALCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR QUE SE TRANSMITE A TRAVES DE UNA PARED COMPUESTA DE VARIOS MATERIALES.

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2.14 COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA TOTAL. 37 2.15 CARGA TERMICA GENERADA POR PRODUCTO. 38 2.16 CALOR SENSIBLE. 38



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2.17 CALOR LATENTE. 39 2.18 CARGA TÉRMICA GENERADA POR EL CONCEPTO DE INFILTRACIÓN. 40 2.19 CARGA TÉRMICA GENERADA POR ALUMBRADO Y EQUIPO. 42 2.20 CARGA TÉRMICA GENERADA POR OCUPANTES. 44 2.21 CARGA TÉRMICA GENERADA POR RADIACIÓN SOLAR O EFECTO SOLAR. 45 2.22 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA TOTAL. 46 2.23 MÉTODO DE CÁLCULO. 46 2.24 GANANCIA DE CALOR POR TRANSMISIÓN A TRAVES DE PAREDES. 46 2.26 GANANCIA DE CALOR POR PRODUCTO. 52 2.27 GANANCIA DE CALOR POR RESPIRACION. 54 2.28 GANANCIA DE CALOR POR EL CONCEPTO DE INFILTRACION. 55 2.29 GANANCIA DE CALOR POR ALUMBRADO Y EQUIPO. 57 2.30 GANANCIA DE CALOR POR OCUPANTES. 58 2.31 GANANCIA DE CALOR POR RADICIÓN SOLAR. 59 2.32 EVALUACIÓN DE LA CARGA TÉRMICA. 59

CAPITULO 3: “LOS REFRIGERANTES, SU SELECCIÓN Y APLICACIÓN”.

3.1 REFRIGERANTES. 62 3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN ASHRAE. 62

3.3 PROPIEDADES DE ALGUNOS REFRIGERANTES Y CARACTERISTICAS DE UN CICLO CON EVAPORACIÓN A 50F (-150C) Y CONDENSACION A 860F (300C). 64 3.4 EFECTOS DE LOS DIFERENTES REFRIGERANTES EN LA DESTRUCIÓN DE LA CAPA DE OZONO Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL. 65

3.5 TABLA “A” POTENCIAL DE DESTRUCCIÓN DE OZONO (ODP) Y CALENTAMIENTO GLOBAL (GWP) DE ALGUNOS REFRIGERANTES CON REFERENCIA AL CFC -11. 65 3.6 PROPIEDADES SEGURAS. 66

3.7 APLICACIONES DE LOS REFRIGERANTES. 66 3.7.1 AIRE. 66

3.7.2 AMONIACO. 66 3.7.3 ANHIDRIDO CARBONICO. 67

3.7.4 REFRIGERANTE 11 67 3.7.4 REFRIGERANTE 12 67

3.7.5 REFRIGERANTE 22 67 3.8 COMPARACIÓN DE LOS REFRIGERANTES. 67

3.9 INFLAMABILIDAD Y TOXICIDAD. 68 3.9.1 INFLAMABILIDAD. 68

3.9.2 TOXICIDAD. 68 3.10 SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE. 69

3.11 DAÑOS ALOS PRODUCTOS REFRIGERADOS. 70



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3.12 REACCION CON LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION. 70 3.13 VIDA UTIL DE LOS TUBOS PARA UNA CIERTA CAPACIDAD DE REFRIGERACION. 70

3.14 APLICACIONES ACTUALES, VENTAJAS Y PORQUE DEL AMONIACO. 71 3.14.1 APLICACIONES ACTUALES DEL AMONIACO. 71

3.14.2 VENTAJAS DEL AMONIACO. 71 3.14.3 USOS Y PORQUE DEL AMONIACO. 72

3.15 COSTO DEL REFRIGERANTE. 72 3.16 ESTABLECIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO. 73 3.17 CALCULO DE LOS DIEZ PARAMETROS PARA EL R-22 74 3.18 INTERPRETACION DEL ANALISIS COMPARATIVO DE LOS REFRIGERANTES. 89 3.19 SELECION DE EQUIPO. 92

CAPITULO 4: “PROGRAMA DE MANTENIMIENTO”. 97A 4.1 BREVE HISTORIA DE LA ORGANIZACIÓN DEL MANTENIMIENTO 98 4.2 MANTENIMIENTO 98 4.3 CLASIFICACION DEL MANTENIMIENTO. 98 4.4 MANTENIMIENTO PREVENTIVO 99 4.5 MANTENIMIENTO PREDICTIVO 99 4.6 MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL (T.P.M.) 99 4.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS. 99 4.8 MANTENIMIENTO DE EQUIPOS. 101



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CAPITULO 1

“GENERALIDADES”



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CAPITULO 1: “GENERALIDADES”.

1.1 BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN.

La historia de la refrigeración pre-mecánica, en lo relativo a la utilización, producción y almacenamiento del frío se extiende al uso de la nieve de montaña, al del hielo de los lagos o pozos, al empleo de mezclas químicas para obtención de baños refrigerantes y a la fabricación de hielo por enfriamiento evaporativo y por radiación del agua.

Existen datos en la literatura china que demuestran que ya antes del año 1000 A. de J., en china se empleaba hielo procedente de lagos o recogido de pozos donde se acumulaba a lo largo del invierno.

Como complemento a este uso, en climas cálidos se empleaban mezcla frigorífica a base de soluciones de sales con agua y hielo. En el siglo XVIII se conocían de 10 a 15 mezclas químicas semejantes para bajar la temperatura.

Algunas como la mezcla de cloruro de calcio y nieve se aplicaron para fines comerciales, haciendo posible la obtención de temperaturas hasta – 32ºC. En esta época se introdujeron en Gran Bretaña máquinas enfriadoras para producción de bajas temperaturas, aunque su uso fue pronto sustituido por los procesos mecánicos de producción de hielo que se demostraron más competitivos. El uso de mezclas frigoríficas quedo relegado a algunas aplicaciones específicas como la fabricación de helados en cuyo proceso se usaba la mezcla común de sal y hielo.

En los orígenes de la refrigeración mecánica, el equipo disponible era voluminoso, de alto costo y baja eficiencia. Era también de tal naturaleza, que limitaba la atención de un mecánico o ingeniero de operación, en servicio continuo. Esto limitaba el uso de la refrigeración mecánica a unas cuantas aplicaciones de gran tamaño, por ejemplo; plantas de hielo, plantas empacadoras y grandes almacenes.

En el espacio de unas cuantas décadas, la refrigeración se ha desarrollado hasta convertirse en la gran industria que es a la fecha. Este crecimiento se produjo mediante el desarrollo de métodos de precisión en la manufactura que dieron como resultado equipos más potentes y eficientes. Lo anterior fue complementado con el desarrollo de refrigerantes "seguros" y la introducción del motor eléctrico de potencial fraccional, haciendo posible la creación de pequeñas unidades de refrigeración utilizadas en refrigeradores y congeladores domésticos, pequeños acondicionadores de aire y aparatos comerciales.

El primer intento de conseguir la refrigeración por medios mecánicos o físicos controlados por el hombre, se atribuye a doctor escocés William Cullen. Sin embargo, la invención de la refrigeración por compresión, que es el método más extendido para la



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obtención de frío artificial, se debe a Jacob Perkins en 1834, cuando obtuvo la patente 6662 por una máquina de hacer hielo en ciclo cerrado. Perkins específica en su patente el éter u otros fluidos volátiles como fluidos refrigerantes.

En 1844 el doctor Jhon Gorrie de la marina de los estados unidos, en un hospital de una localidad de florida, construyó una máquina de ciclo abierto, que funcionaba con aire comprimido, para la producción de hielo y el enfriamiento del aire para el uso del hospital.

Hacia 1850, el profesor Alexander Twining, de New Haven en Connecticut, en los Estados Unidos, recogiendo las ideas de Perkins comenzó a proyectar y construir plantas de fabricación de hielo, usando éter etílico como refrigerante y llegando en 1853 a obtener 725 kg diarios de hielo.

En Francia, en el año 1851 Ferdinad Carré proyectó la primera unidad de refrigeración por absorción empleando amoniaco.

En Australia, en la misma época, james Harrison, desarrolló las ideas de Jacob Perkins construyendo plantas de fabricación de hielo que, a diferencia de las hechas por Twining, tuvieron un desarrollo y producción comercial posterior, estas plantas se fabricaron en Inglaterra con éxito por la fábrica Siebe Brothers.

Como podemos ver, todos los esfuerzos realizados hasta fines del siglo XIX se dirigieron a la fabricación de hielo para la conservación de carne y pescado, con algunas aplicaciones a la industria cervecera o petrolífera.

No obstante que la refrigeración, como la conocemos actualmente, data de unos sesenta años, algunos de sus principios fueron conocidos hace tanto como 10 000 A. de C.

En 1902, el estadounidense Willis Haviland Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y, al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificación del aire enfriado, las del aire acondicionado, desarrollando el concepto de climatización de verano.

Aunado a las aplicaciones comúnmente conocidas como el acondicionamiento de aire, congelación, conservación, transportación y exhibición de productos del ramo alimenticio, la refrigeración mecánica se utiliza actualmente en la manufactura de casi todos los artículos que se encuentran actualmente en el mercado.

Es obvio que las aplicaciones de la refrigeración mecánica son numerosas como para dar una explicación detallada de cada una de ellas, pero una ventaja de apreciarse es que los métodos de cálculo, diseño y selección de equipos son prácticamente los mismos, considerando solo caracteres especiales de cada una de las diferentes aplicaciones.



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1.2 TIPOS DE REFRIGERACIÓN.

En la actualidad podemos citar cinco tipos de aplicaciones en el campo de la refrigeración, los cuales son:

1 Doméstica. 2 Comercial. 3 Industrial. 4 Marina. 5 Aire Acondicionado.

1.3 REFRIGERACIÓN DOMESTICA.

El campo de refrigeración domestica esta limitado principalmente a refrigeradores

y congeladores caseros. Las unidades domesticas generalmente son de tamaños pequeñas teniendo capacidades de potencia más o menos entre 1/20 y 1/2 HP. Por las características del refrigerador se clasifican según el volumen de su gabinete medido en pies cúbicos (ft3). El sistema automático de funcionamiento es más completo en los de mayor costo. Las partes que emplean y las características generales son las siguientes:

Energía eléctrica: CA monofásica 110V 50 y 60 Cyc (ciclos). Compresor sellado como motor de inducción de fase de arranque, generalmente

1/8 a ¼ HP. Relé de amperaje, protector térmico (a veces se emplea alambre caliente). Condensador de tubo y alambre. Filtro deshidratador según potencia (HP). Control refrigerante: tubo capilar que actúa como intercambiador de calor al

juntarlo con el tubo de baja. Evaporador de tubo entre placas. Refrigerante: freón 12. Control de temperatura (termostato). Iluminación interior (mientras se abre la puerta). Aislante de 3 in de espesor. Descongelación automática opcional. Temperatura de congelador 10°F.



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Figura 1. Figura 2.

Figuras 1 y 2: Ejemplos de refrigeradores domésticos, la figura 1 muestra los componentes principales de un refrigerador y la figura 2 un refrigerador armado.

1.4 REFRIGERACIÓN COMERCIAL.

La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de

unidades de refrigeración del tipo que se tiene en establecimientos comerciales para su venta al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición, procesamiento y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todo tipo.

Figura 3: Esta figura representa un equipo convencional del refrigerador comercial, al cual debe cargarse refrigerante en el sitio en que operará.

1.5 REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL.

La refrigeración industrial a menudo es confundida con la refrigeración comercial por que la división entre estas dos áreas no está claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales, y la característica que las distingue es que se requiere un empleado para su servicio, que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas evaporadoras de alimentos, cervecerías, lecherías y



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plantas industriales, tales como refinerías de petróleo, plantas químicas plantas de hule, etc.

El ciclo convencional de refrigeración aplicada a la industria exige equipos de un tonelaje mayor. Para referirse a estos es necesario considerar sus especificaciones tomando en cuenta que su proceso de enfriamiento es diferente en cada caso.

Figura 4: Refrigerador Industrial. (Condensador tipo absorción utilizada en la refrigeración industrial).

1.6 REFRIGERACIÓN MARINA.

La refrigeración marina se refiere a la localizada a bordo de embarcaciones de transporte y cargamento sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco.

Los equipos instalados en los barcos tienen gran responsabilidad en su funcionamiento, si se considera que los combustibles deben soportar travesías de varios días. Para cubrir esta necesidad se emplean varios equipos.

Figura 5: Refrigeradores en Barcos. (Equipos utilizados normalmente en buques atuneros acondicionados con

cámaras frigoríficas).



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1.7 REFRIGERACIÓN PARA AIRE ACONDICIONADO.

El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones físicas y químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas para su comodidad o bien para realizar procesos industriales.

A pesar de que la calefacción el aire con fines prácticos y por lo tanto es aire acondicionado a una necesidad, actualmente se estima como tal solo el enfriamiento de aire. El aire acondicionado ha demostrado no solo contribuir a la comunidad personal, sino que aumenta el rendimiento de su actividad. La calidad del aire y sus características son básicas para el metabolismo del cuerpo humano. En general, puede subsistirse durante tres semanas sin aire.

El aire acondicionado es empleado por la industria en diferentes formas, algunas de ellas indispensables. El aire contiene, al considerar los gases que lo componen, un porcentaje de vapor de agua.

El porcentaje de la humedad contenida en el aire influye básicamente en la cantidad de aire acondicionado, según el caso. Para conservación de vegetales, frutas, flores, etc.



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Figura 6: Refrigeración de Aire Acondicionado.

1.8 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Existen 4 tipos de sistemas de refrigeración:

1.- Enfriamiento +15°C a +2°C (59°F a 35.6°F). 2.- Refrigeración 0°C a -18°C (32°F a -0.40F). 3.- Congelación -18°C y -40°C (-0.40F y -40°F). 4.- Criogénica -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero absoluto.



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1.9 ENFRIAMIENTO.

Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde +15°C a +2°C (59°F a 35.6°F). Aun cuando en algunos casos existe una disminución de temperaturas hasta los 0°C (32°F), en este proceso nunca se presenta cambio de estado en la sustancia que se maneja y solamente se elimina calor sensible.

Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que no requieren conservación y la temperatura en que se encuentran son solo para efectos de gusto.

Como ejemplos tenemos:

Enfriadores de bebidas carbonatadas. Enfriadores de productos lácteos. Sistemas de acondicionamiento de aire.

1.10 REFRIGERACIÓN.

Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente inferiores de los 0°C a -18°C (32°F a -0.40F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y lógicamente eliminación de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de productos llevando a cabo los procedimientos adecuados, se pueden mantener estos productos de 2 semanas hasta 1 mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domesticas, comerciales y de investigación.

1.11 CONGELAMIENTO.

Este proceso opera entre -18°C y -40°C (-0.40F y -40°F) y en este proceso también existe cambio de estado en la sustancia y también se elimina calor latente. No obstante en algunos casos solo se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en la transportación. Su principal utilidad es el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de conservación va desde 1 mes hasta 1 año, dependiendo del producto y que procedimientos se empleen.

1.12 PROCESO CRIOGÉNICO.

Es un proceso que opera desde -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero absoluto. Esto implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta liquido o contiene agua para enfriarlo posteriormente.

Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica o condición muy crítica.



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1.13 APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Las aplicaciones de la refrigeración son muchas: motores de combustión interna, procesos de mecanizado conservación de alimentos, climatización, producción de hielo o nieve, en medicina se utiliza para la mejor conservación de órganos, tejidos o incluso microbios.

Motores de combustión interna.- En la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.

Máquinas-herramientas.- Las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente.

La criogenia es ampliamente utilizada en tecnologías que dependen de la superconductividad, pues todos los superconductores conocidos lo son sólo a bajas temperaturas (la temperatura crítica superconductora más alta registrada hasta la fecha, a presión ambiente, está en torno a los 135°K, pero generalmente son mucho más bajas). Por ejemplo, los aparatos de resonancia magnética nuclear utilizados en medicina dependen de técnicas criogénicas para mantener la temperatura de los imanes superconductores que albergan.

Mediante el uso de técnicas más avanzadas es posible alcanzar temperaturas aún más cercanas al cero absoluto (del orden de la milésima de kelvin): refrigeradores de dilución y des-magnetización adiabática. Tales técnicas tienen su principal aplicación en el campo de la investigación, pues a temperaturas suficientemente bajas los efectos de la mecánica cuántica se hacen notar en cuerpos macroscópicos.

También se utiliza en la congelación de alimentos se utilizan fluidos criogénicos, nitrógeno o dióxido de carbono, que sustituyen al aire frío para conseguir el efecto congelador. Por otra parte, la criogenia en el sentido científico está muy implantada en todo el mundo.



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1.14 CICLO BÁSICO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.

El método más utilizado para producir refrigeración mecánica se conoce como el sistema de refrigeración por compresión de vapor. En la siguiente figura se muestra la disposición del equipo y de la tubería de interconexión del sistema básico de compresión de vapor. Los cuatro componentes básicos del sistema son: dispositivo de expansión o dispositivo de control de flujo), evaporador, compresor y condensador.

FIGURA 7: Sistema básico de refrigeración por compresión de vapor. ( En el evaporador se realiza la refrigeración útil, en este proceso se gana calor latente ( refrigerante de liquido a gas ), después, pasa al compresor, en este se eleva la presión y la temperatura, ya que se ha realizado lo explicado anteriormente pasa al condensador, aquí es donde “ se le quita “ el calor al refrigerante, en este proceso se pierde calor latente ( refrigerante de gas a liquido ), después pasa a la válvula de expansión que es la que regula el paso del refrigerante hacia el evaporador.



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A través del dispositivo de control de flujo (válvula de expansión), el refrigerante líquido R-22 (por ejemplo), entra al dispositivo de expansión en la zona de presión alta y temperatura relativamente baja.

Existen diversos dispositivos de expansión: los más comunes son la válvula de expansión y el tubo capilar. En cualquier caso, el dispositivo de control de flujo tiene una abertura estrecha, lo que da por resultado una gran pérdida de presión al fluir el refrigerante a través del mismo.

Evaporador.- El refrigerante fluye a través de la tubería del evaporador, de la zona de alta a la zona de baja presión. La sustancia que se debe enfriar, generalmente aire o un líquido, fluye por el exterior de los tubos. Se halla a una temperatura más elevada que la del refrigerante dentro del evaporador, el calor fluye de la sustancia al refrigerante, a través de la pared del tubo. Debido a que el refrigerante ya se encuentra a su temperatura de saturación, el calor que gana hace que se evapore a través del evaporador. EN ESTE DISPOSITIVO SE LLEVA A CABO LA REFRIGERACIÓN ÚTIL.

Compresor.- El compresor hace entrar al vapor por el lado de la succión, para luego comprimirlo a una presión elevada, adecuada para efectuar la condensación. Esta presión es aproximadamente igual a la cual entro al dispositivo de control de flujo. Se requiere trabajo para comprimir el gas; este trabajo procede de un motor o de una maquina que mueve al compresor.

Condensador.- El gas a alta presión que descarga el compresor fluye a través de la tubería del condensador. Un fluido, tal como el aire o el agua, fluye por el exterior de la tubería. El calor fluye a través de las paredes del tubo, desde el refrigerante a mayor temperatura hasta el agua de enfriamiento.

Como el refrigerante esta sobrecalentado cuando entra al condensador, primero se enfría hasta que alcanza su temperatura de saturación. La remoción adicional de calor resulta en la condensación gradual del refrigerante, hasta que se licue en su totalidad. El refrigerante puede salir del condensador como un líquido saturado o subenfriado.

El lado de alta presión y el de baja presión.- La presión existente entre la descarga del compresor y la entrada al dispositivo o elemento restrictivo se conoce como la presión del lado de alta, o presión de condensación. La presión entre la salida del dispositivo de control de flujo y la entrada de succión del compresor, se conoce como la presión del lado de baja o presión de evaporación.



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1.15 EL DIAGRAMA DE PRESIÓN – ENTALPÍA (P-H) O DIAGRAMA DE MOOLIER.

Las propiedades de los refrigerantes se pueden indicar en tablas o se pueden mostrar en una grafica. Al diagrama de mayor utilidad y que se usa con mayor frecuencia en cálculos de refrigeración, se le llama diagrama de presión – entalpía o diagrama de Moolier.

Características principales de los diagramas P-H.- Línea de saturación y las regiones de líquido y vapor: Los valores de la presión se sitúan en la escala vertical, y los valores de la entalpía en la escala horizontal.

Hay un concepto importante que es preciso comprender: un punto sobre el diagrama representa la condición completa del refrigerante. Esto es si se conoce un punto sobre el diagrama, es posible determinar todas las propiedades del refrigerante correspondiente a dicha condición particular.

La curva gruesa en forma de domo que aparece en el diagrama, representa todas las condiciones del líquido saturado, y la parte derecha indica las condiciones del vapor saturado. El punto crítico separa la línea del líquido saturado de la línea del vapor saturado.

La región dentro del domo representa todas las posibles condiciones de la mezcla de líquido y vapor saturado. La región a la izquierda de la línea del líquido saturado representa todas las condiciones a las cuales pueden existir los líquidos subenfriados, y la región de la derecha del vapor saturado representa todas las condiciones del vapor sobrecalentado. El punto triple representa un límite de temperatura y presión, por encima del cual el refrigerante existe en un estado tal, que no se puede distinguir el líquido del vapor. Esto se ilustra en la figura siguiente:

Figura 8: Forma de un diagrama P-H que indica las regiones de liquido y vapor.



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En el siguiente diagrama se muestran las propiedades que se pueden determinar en un diagrama P-H.

Figura 9: Diagrama P-H que muestra las líneas típicas de propiedad constante, de cada propiedad. 1.16 SISTEMAS DIRECTOS.

Sistema directo (Vaporización directa): En un sistema directo la refrigeración útil se realiza directamente en el evaporador y opera con un solo refrigerante. El fluido capta el calor de la carga a enfriar y una vez ya modificado su estado ya no se vuelve a utilizar; este es el caso de algunos transportes que utilizan nitrógeno como medio de producción de frío.

Figura 10: Representación grafica de un Sistema Directo.



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1.17 SISTEMA INDIRECTO.

En un sistema indirecto de refrigeración, la refrigeración útil se realiza en el evaporador, pero se utilizan dos tipos de refrigerantes; el refrigerante secundario es el aire, este es enfriado por otro tipo de refrigerante llamado refrigerante primario, es decir, el fluido se recupera con vistas a ser utilizado en un proceso cíclico.

Como característica general de estos métodos, hay que hacer un aporte de energía al sistema y utilizar fluidos que vaporicen a baja presión.

Figura 11: Representación grafica de un Sistema Indirecto.



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1.18 CONCEPTOS BÁSICOS. 1.19 TERMODINÁMICA.

La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos therme (calor) y dynamis (fuerza), que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor en potencia motriz. Físicamente hablando, es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

1.20 PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINÁMICA.

A este principio se le llama "equilibrio térmico". Si dos sistemas a y b están a la misma temperatura, y b está a la misma temperatura que un tercer sistema c, entonces a y c están a la misma temperatura. Este concepto fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

Es decir; si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, están en equilibrio térmico entre sí.

1.21 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.

La primera Ley de la Termodinámica, es una expresión sencilla del principio de la conservación de la energía, afirma que la energía es una propiedad termodinámica. Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. La diferencia entre la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto por Antoine Lavoisier.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Eentra − esale = δesistema

En otras palabras: la energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. (Conservación de la energía).

1.22 SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.

Esta ley indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo) siempre aumenta con el tiempo.

En otras palabras: el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja.



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Hay dos enunciados clásicos de la segunda ley: el enunciado de Kelvin-Planck, que se relaciona con las máquinas térmicas y el enunciado de Clausius, que se relaciona con refrigeradores o bombas de calor. Como se estudiaran fenómenos de refrigeración tomaremos en cuenta el enunciado de Clausius:

ES IMPOSIBLE CONSTRUIR UN DISPOSITIVO QUE FUNCIONE EN UN CICLO Y CUYO ÚNICO EFECTO SEA PRODUCIR LA TRANSFERENCIA DE CALOR DE UN CUERPO DE TEMPERATURA MAS BAJA A UN CUERPO DE TEMPERATURA MAS BAJA.

1.23 ENERGÍA.

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.

En física, energía se define como la capacidad de realizar un trabajo. La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. También se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado mayor. Un enunciado clásico de la física newtoniana afirmaba que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.

1.24 FUERZA.

Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.

1.25 PRESIÓN.

La presión es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de área. La presión solo se emplea cuando se trata con un gas o un líquido. La contraparte de la presión en los sólidos es el esfuerzo. Puesto que se define como fuerza por unidad de área.

En el sistema internacional de unidades se mide en Newton por metro cuadrado, unidad derivada que se denomina Pascal.

1.26 PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

La presión atmosférica es la presión del aire sobre la superficie terrestre. Además es un factor abiótico. La atmósfera tiene una presión media de 1013 milibares o hectopascales al nivel del mar. La medida de presión atmosférica del sistema internacional de unidades (SI) es el Newton por metro cuadrado (N/m2) o Pascal (Pa). La presión atmosférica a nivel del mar en unidades internacionales es 101325 N/m2 o Pa.



23

Patm Patm

Pabs

Pabs

Pman

Pvacio

1.27 PRESIÓN MANOMÉTRICA.

La presión manométrica es la presión que ejerce un sistema en comparación con la presión atmosférica.

Un aparato muy común para medir la presión manométrica es el manómetro de tubo abierto. Consiste en un tubo en forma de u que contiene un líquido, generalmente mercurio. Cuando ambos extremos del tubo están abiertos, el mercurio busca su propio nivel ya que se ejerce 1 atm en cada uno de los extremos.

Cuando uno de los extremos se conecta a una cámara presurizada, el mercurio se eleva en el tubo abierto hasta que las presiones se igualan. La diferencia entre los dos niveles de mercurio es una medida de la presión manométrica: la diferencia entre la presión absoluta en la cámara y la presión atmosférica en el extremo abierto.

1.28 PRESIÓN ABSOLUTA.

Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creó debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios. Se mide en pascales. Equivale a la presión atmosférica más la presión manométrica. Así la presión atmosférica es de aproximadamente de 101,325 pascales.

PvaciocaPatmosferiPabsoluta

Figura 12: Escalas donde se observan los diferente tipos de presiones.

caPmanometricaPatmosferiPaubsoluta



24

1.29 ESTADO DE LA MATERIA.

Es un conjunto de propiedades de la materia que describen por completo la condición del sistema. La materia se presenta en la naturaleza en tres estados distintos: sólido, líquido y gaseoso, pudiendo pasar de un estado físico a otro por acción del frío o del calor.

Estado sólido.- Manteniendo constante la presión, a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida tal que los átomos se encuentran entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, duros y resistentes. El estado sólido presenta las siguientes características

1 Fuerza de cohesión (atracción). 2 Vibración. 3 Tiene forma propia. 4 Los sólidos no se pueden comprimir. 5 Resistentes a fragmentarse. 6 Volumen definido. 7 Puede ser orgánico o inorgánico.

Estado líquido.- Incrementando la temperatura el sólido se va "descomponiendo" hasta desaparecer la estructura cristalina alcanzándose el estado líquido, cuya característica principal es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe una cierta ligazón entre los átomos del cuerpo, aunque de mucha menor intensidad que en el caso de los sólidos. El estado líquido presenta las siguientes características:

1 Fuerza de cohesión menor (regular). 2 Movimiento-energía cinética. 3 Sin forma definida. 4 Toma el volumen del envase que lo contiene. 5 En frío se comprime. 6 Posee fluidez. 7 Puede presentar fenómeno de difusión.

Estado gaseoso.- Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los átomos o moléculas del gas se encuentran virtualmente libres de modo que son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con mayor propiedad debería decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio disponible. El estado gaseoso presenta las siguientes características:



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1 Fuerza de cohesión casi nula. 2 Sin forma definida. 3 Sin volumen definido. 4 Se puede comprimir fácilmente. 5 Ejerce presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. 6 Los gases se mueven con libertad.

Figura 13: Figura característica de los estados de la materia.

1.30 PROCESO TERMODINÁMICO.

A cualquier transformación en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iníciales (estado inicial) hasta unas condiciones finales (estado final) por una trayectoria definida. Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, así como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso.

1.31 CICLO TERMODINÁMICO.

Sucesión de procesos termodinámicos que se somete un fluido al final de los cuales este vuelve a sus condiciones iníciales. Se denomina ciclo termodinámico al proceso que tiene lugar en dispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura o, de manera inversa, a producir el paso de calor de la fuente de menor temperatura a la fuente de mayor temperatura mediante la aportación de trabajo.



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Figura 14: Ejemplo de un ciclo termodinámico en motores de combustión interna.

1.32 CALOR.

Energía en tránsito (en movimiento) de carácter microscópico que pasa a través de las fronteras de un sistema impulsada ¡únicamente! por la diferencia de temperaturas. Por lo tanto el calor no se puede almacenar. El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrogeno que tienen lugar en el interior del sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción).

1.33 CALOR ESPECÍFICO.

Se define calor específico como la cantidad de calor que hay añadir o retirar, para producir un cambio de temperatura a un gramo de sustancia, para que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua: 1 cal/ (g ºC) ó 4186 j (kg ºK). Algunos valores de calor especifico:

Sustancia Valor (btu/lb°F)

Agua 1.00 Hielo 0.5 Vapor 0.46

Aire seco 0.24 Aluminio 0.22 Bronce 0.09 Hierro 0.09

Mercurio 1.1 Cobre 0.03 Alcohol 0.60

Queroceno 0.50 Aceite de oliva 0.47

Vidrio 0.20 Pino 0.67

Mármol 0.21 Tabla 1: Algunas sustancias con el valor respectivo de sus calores específicos.



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1.34 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR.

Decimos que una cantidad de calor q se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura. La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura ∆t. La constante de proporcionalidad c se denomina capacidad calorífica del sistema.

Q=c·∆t

La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de la masa m, del calor específico c y del cambio de temperatura.

q=m·c·(Tf-Ti)

Donde: q = calor. m = masa. c = calor especifico. Tf =es la temperatura final. Ti =es la temperatura inicial.

1.35 TRANSFERENCIA DE CALOR.

Es energía en tránsito como resultado de una diferencia de temperatura, siempre que exista una diferencia de temperatura en un medio o entre un medio puede ocurrir una transferencia de calor.

1.36 CONDUCCIÓN.

La conducción en una sustancia puede ser visualizada como la transferencia de energía desde las partículas de mayor nivel de energía hacia las de menor energía, debido a la interacción entre estas partículas.

El mecanismo físico de conducción es más fácilmente explicado si consideramos un gas y usamos ideas familiares de la termodinámica. Considere un gas en el cual existe un gradiente de temperatura y suponga que no hay movimiento de su masa. El gas puede ocupar el espacio entre dos superficies que son mantenidas a temperaturas diferentes.

Figura 17: Transferencia unidimensional de calor por conducción (difusión de energía).

(qx)

T

T1

T2

Tx

x



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1.37 CONVECCIÓN.

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección.

El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende.

Este tipo de movimiento debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo al fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

Figura 18: Desarrollo de la capa limite en la transferencia de calor por convección.

1.38 RADIACIÓN.

Es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de radio, un ejemplo de radiación es la transmisión de energía solar a la tierra. Existe poca radiación a bajas temperaturas, también cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración.

Sin embargo, la radiación al espacio o al producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración.

w(y)

w(f)

qc

Ty

TS Ty

Tf y y

w (y)



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Figura 19: Intercambio de Radiación entre una superficie y sus alrededores.

1.39 CALOR SENSIBLE.

Cuando el calor absorbido o entregado por un material causa o acompaña un cambio en la temperatura del material se dice que este pierde o gana calor sensible.

BSs mCpTq

1.40 CALOR LATENTE.

Cuando el calor absorbido o entregado por un material produce un cambio físico del material y no tiene efecto alguno sobre la temperatura del mismo se dice que gana o pierde calor latente

ml mlTq

1.41 CALOR TOTAL.

Es una condición particular, es la suma de todo el calor sensible y el calor latente requeridos para llevar un material a esta condición. Comúnmente es conocido como entalpía.

lsT qqQ

1.42 CALOR LATENTE DE FUSIÓN.

Bajo un cambio de estado, la mayoría de las sustancias tendrán un punto de fusión, en el cual, ellas cambiaran de un sólido a un liquido sin algún incremento de temperatura.

En este punto, si la sustancia está en estado liquido y el calor se retira de ella, la sustancia se solidificara sin un cambio en su temperatura.

El calor envuelto en uno u otro de estos (cambio de un sólido a un liquido, o de un liquido a un sólido), sin un cambio de temperatura se conoce como calor latente de fusión.



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1.43 CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN.

Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a líquido se requiere calor latente de vaporación. Puesto que la ebullición es solo un proceso de acelerado de vaporación, este calor también puede llamarse calor latente o de ebullición, calor latente de evaporación, o, para el proceso contrario, calor latente de condensación.

Cuando 1 kilo (1 libra) de agua hierve o se evapora, absorbe 539 Kcal. (970 btu) a una temperatura constante de 100°C (212°F) al nivel del mar, igualmente, para condensar 1 kilo (1 libra) de vapor deben sustraerse 539 Kcal. (970 btu).

Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la condensación, la transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican también a cualquier liquido aunque a diferentes presiones y temperaturas.

La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica y la transmisión del calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración.

1.44 CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN.

El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más común es el uso del "hielo seco" o sea bióxido de carbono para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con hielo debajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos. El calor latente de sublimación es igual, a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de evaporación.

1.45 ENTALPÍA.

Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante.

1.46 ENTROPÍA.

En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. En un sentido más amplio se interpreta como la medida de la uniformidad de la energía de un sistema. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado,



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crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego (έντροπία) y significa evolución o transformación.

1.47 VOLUMEN

En física, el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusión de Pauli. La unidad de medida de volumen en el Sistema Métrico Decimal es el metro cúbico, aunque el SI, también acepta (temporalmente) el litro y el mililitro que se utilizan comúnmente en la vida práctica.

1.48 VOLUMEN ESPECÍFICO.

Volumen ocupado por una unidad de masa de una sustancia a una temperatura dada. Generalmente expresada en m³/kg o ft³/lb a 21 °C o 70 °F. En el caso de los gases el volumen es afectado de manera importante por la temperatura y la presión.

1.49 TEMPERATURA.

La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que caracteriza el calor, o transferencia de energía. (La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro. En algunos países, la temperatura se mide en Grados Fahrenheit y generalmente en el resto del mundo se usa la escala de Grados Centígrados, algunas veces llamada Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos básicos en común: el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0°C o a 320°F y hierve a 100°C o a 212°F.

La temperatura es una magnitud que refleja el nivel térmico de un cuerpo (su capacidad para ceder energía calorífica) y el calor es la energía que pierde o gana en ciertos procesos (es un flujo de energía entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas).

Nivel térmico: Es el nivel de agitación, comparando los niveles térmicos sabemos hacia donde fluye el calor. La temperatura refleja el nivel térmico de un cuerpo e indica el sentido en que fluye el calor.



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Escalas de temperatura:

Figura 20: Conversión de valores de temperaturas. (Aquí se pueden ver las diferentes escalas de temperatura

más utilizadas, al igual que sus diferencias.)

La escala Celsius y la escala Kelvin tienen una transformación muy sencilla:

ºK=273.15 + ºC

En la transformación de grados centígrados a grados Fahrenheit debes tener en cuenta que cada grado centígrado vale 1,8 ºF (0 - 100 en la escala centígrada equivale a 32 - 210 en la escala Fahrenheit). Por lo tanto debes multiplicar los grados centígrados por 1,8 que equivale a 9/5. Como el cero Celsius corresponde al 32 Fahrenheit debes sumar 32:

ºF = (9/5)*ºC+32

Para la transformación inversa se despeja y queda:

ºC = (5/9)*(ºF- 32)

1.50 PUNTO DE EBULLICIÓN.

El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que debe alcanzar este para pasar del estado líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación. (La ebullición se define como la vaporización dentro de un líquido cuando su presión de vapor es igual en el líquido).



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1.51 REFRIGERANTE.

En general un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo el cual alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente. Para que un refrigerante sea apropiado y se le puede usar en el ciclo de compresión-vapor, debe poseer ciertas propiedades (químicas, físicas y termodinámicas) que hagan seguro y económico.

1.52 SOBRECALENTAMIENTO.

Es la cantidad de calor sensible que se le quita a 1 lb/masa de líquido saturado bajo ciertas condiciones específicas de trabajo.

1.53 SUBENFRIAMIENTO.

Es la cantidad de calor sensible que se le agrega a 1 lb/masa de vapor saturado bajo ciertas condiciones especificas de trabajo.

1.54 TONELADA DE REFRIGERACIÓN.

Es una unidad de medida que sirve para medir la capacidad de los sistemas de refrigeración y por lo tanto es la cantidad de calor total que se necesita para hacer cambiar de estado físico a una tonelada corta de hielo.

1 TR = 200 BTU/min = 12,000 BTU/Hr = 288,000 BTU/dia



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CAPITULO 2

“ANÁLISIS ENERGÉTICO”



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CAPITULO 2: “ANÁLISIS ENERGÉTICO”

2.1 ANÁLISIS DEL PROBLEMA.

En este capítulo analizaremos el problema técnico, al cual le daremos solución por el método analítico-académico, se consultaran tablas (ver anexos) de las cueles se tomaran valores para la solución del problema a resolver, el cual lleva por nombre: “ESTUDIO COMPARATIVO PARA LA DEBIDA SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE UTILIZADO EN UNA CAMARA FRIGORÍFICA PARA REFRIGERAR MANZANAS, LOCALIZADA EN LA ZONA NORTE DE PUEBLA, ZACATLÁN.”

Como bien lo dice nuestro problema técnico, realizaremos una comparación técnica de varios refrigerantes (R-12, 134a, R-22, 717), utilizando los criterios adecuados para su debida selección; en función de sus propiedades termodinámicas de cada uno de ellos, proporcionando sus ventajas y desventajas de uno en comparación con el otro. El producto que se utilizara para la comparación de estos refrigerantes ya mencionados; serán las manzanas y para el diseño de nuestra cámara frigorífica se tomaran las condiciones climatológicas del lugar.

Las manzanas normalmente para su almacenamiento se depositan en cajas de cartón o de madera; para nuestro cálculo energético consideraremos cajas de cartón, realizando un estudio especifico se debe de determinar el No. de cajas el cual será de 3260, cada caja contendrá un peso determinado de 20Kg cada una; por lo tanto, en base a estos datos proporcionados diseñaremos un espacio por refrigerar que tenga la capacidad de refrigerar un total de 65.2 Ton de producto.

2.2 CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS DE DISEÑO.

a) El espacio por refrigerar se encuentra localizado en la zona norte de Puebla, Zacatlán.

b) Temperatura de Bulbo Seco de 84.2°F=29°C. c) Temperatura de de Bulbo Húmedo 62.6°F==17°C. d) Humedad relativa del 60% e) Velocidad del aire 4 millas/hr. Nota: Para verificar datos ver tabla 3 en los anexos.

2.3 ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO (MANZANAS) SEGÚN ASRHAE.

a) Contenido de agua: 84% b) Punto de congelación 28.2°F=-2.11°C. c) Calor especifico arriba del punto de congelación: 0.87 BTU/lb°F. d) Calor especifico abajo del punto de congelación: 0.45 BTU/lb°F. e) Calor latente de fusión: 121 BTU/lb f) Calor de respiración a 32 °F: 0.25 a 0.45 BTU/lb cada 24Hr.



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g) Temperatura de entrada: 68°F=20°C. i) Temperatura de almacenamiento: 32°F=0°C j) Humedad relativa dentro del espacio frio: 90% k) Duración de almacenamiento de 2 a 6 meses. Para verificar datos ver tabla 1 en anexos

2.4 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y CONSERVACION (MANZANAS) SEGÚN ASRHAE.

a) Producto: Manzanas b) Empaque: Caja de Cartón. c) Dimensiones: 20.5 x 12.5 x 13.5in exteriores. d) Peso bruto promedio del producto: 46.75lb. e) Peso neto promedio del producto: 43lb f) Densidad promedio del peso bruto: 23.8lb/ft3 g) Densidad promedio del peso neto: 21.9lb/ft3 Nota: Se requieren almacenar 3260 cajas

2.5 CONDICIONES DE EMPAQUE.

Producto: Manzanas. Empaque: Caja de Cartón. Dimensiones: 52.07 x 31.75 x 34.29cm exteriores Peso bruto con empaque: 46.75lb. Peso neto del producto: 43lb Densidad del peso bruto: 23.8lb/pie3 Densidad del peso neto: 21.9lb/pie3 Capacidad de la cámara: 65.2Tn.

Figura 21: Esquema representativo del empaque de almacenamiento para el producto.



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Figura 22: Esquema representativo del entarimado del producto visto desde el frente.

Figura 23: Esquema representativo del isométrico del espacio frió.



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Figura 24: Esquema representativo de las vistas exterior del espacio frió (sistema americano).

Figura 25: Esquema representativo de las vistas interiores del espacio frió (sistema americano).



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2.6 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO.

La cantidad total de producto a almacenar será de 65.2Tn, teniendo en cuenta que no se puede meter tal cantidad de producto en un solo día por las condiciones de salud los trabajadores, se tendrá por comodidad un flujo de entrada de 2Tn/día durante 30 días.

2.7 DIMENSIONAMIENTO DEL ESPACIO POR REFRIGERAR.

Las dimensiones se tomaran de acuerdo a las condiciones de espacio donde se llevara a cabo la obra civil, por lo tanto; en base al espacio cedido para la construcción de la cámara frigorífica se tomaran en cuenta las siguientes mediadas:

CONCEPTO INTERIORES (m) EXTERIRORES (m)

LARGO 18.00 18.41 ANCHO 10.00 10.41 ALTO 05.00 05.31

2.8 MATERIALES DE CONSTRUCIÓN.

La obra civil, los muros se construirán de tabique recocido con una loza de concreto armado y el interior, por cuestiones de economía (ver cálculos) de poliuretano expandido con un densidad de (21 Kg/m3) y con un coeficiente de conductividad térmica especifico de k = 0.25 BTU – in/ft2-hr-°F, para verificar datos ver tabla 11 en los anexos.

2.9 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA. 2.10 DEFINICIÓN DE BALANCE TÉRMICO.

Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance térmico que se refiere al desarrollo de cálculos con el objeto de conocer la cantidad de calor que se debe absorber o transferir en el evaporador, para que un producto, sustancia o espacio descienda su temperatura con ciertas condiciones.

La carga térmica que se da en un espacio por refrigerar raras veces se da por un solo concepto; si no que es el resultado de varios de estos:

a) Carga térmica generada por la transmisión de calor por paredes, puerta,

piso y techo. b) Carga térmica generada por Producto. c) Carga térmica generada por Infiltración. d) Carga térmica generada por Alumbrado y Equipo. e) Carga térmica generada por Ocupantes.



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f) Carga térmica generada por Radiación Solar.

Para determinar el calor total que es espacio frio debe de disipar por los conceptos anteriores, se debe de realizar un balance térmico o estudio energético, que es un cálculo de todos los conceptos anteriormente mencionados, el cual nos va indicar cuanta cantidad de calor va a generar cada uno de los conceptos; y al final de este cálculo se determinara cuanta cantidad de calor total debe de absorber el espacio frio para mantener el producto (manzanas) a la temperatura de diseño o requerida.

2.11 CARGA TÉRMICA GENERADA POR LA TRANSMISIÓN DE PAREDES, PUERTA, PISO Y TECHO.

Este concepto se calcula mediante la ecuación general de trasmisión de calor:

(BTU/hr)

En el caso particular de la refrigeración, las paredes llevan una capa de aislante térmico. Todo elemento que separa a las masas de los fluidos a diferentes temperaturas está sujeto a un paso de calor que va desde el más caliente hacia el mas frio (Ley cero de la termodinámica) y si le medio que los separa es de material homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento según la recta.

Figura 26: Transferencia unidimensional de calor por conducción (Difusión de energía). Ejemplo esquemático de la transmisión de calor a través de paredes. Donde se cumple que T1 >T2 debido a que la pared dispone de una resistencia al paso de calor.

La cantidad de calor que fluye a través de una pared de espesor x, se calcula de la siguiente manera:

– (BTU/hr) En donde: Qx = Cantidad de calor transmitido a través de la pared. (BTU/hr) A = Superficie de transmisión de calor (ft2) x = Espesor de la pared. (in) T1 y T2 = Temperaturas a ambos lados de la pared (°F)



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En el caso del cálculo para el suelo, la temperatura exterior no será la misma, por

lo tanto se deberá calcular de la siguiente forma:

– (°F) El coeficiente específico de conductividad térmico es numéricamente igual a la

cantidad de calor que pasa por una placa de material considerado de 1ft2 de sección por 1in de espesor cuando existe 1°F de diferencia de temperatura entre sus 2 caras en 1hr.

Para el caso de la puerta, estas ya están prefabricadas y por fabricante tienen un

coeficiente de conductividad térmico ya establecido.

2.12 CONDUCTANCIA DE LA PELÍCULA DE AIRE.

La transferencia de calor a través de cualquier material está relacionada con la resistencia superficial del aire al flujo de calor y esta, se determina según el tipo de superficie (rugosa, ligeramente rugosa o lisa), su posición (vertical u horizontal) y la intensidad de flujo de aire sobre la superficie.

La conductancia de la capa superficial del aire se designa normalmente con la letra

ƒ2 para las superficies interiores y ƒ1 para las exteriores, se expresa en BTU/ (hr ft2°F). Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de

1.65 para ƒ2 para paredes interiores casi sin movimiento de aire, y ƒ1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos hasta 15 millas/hr o en su defecto calcular dichos valores mediante las siguientes expresiones:

(Para paredes lisas)

(Para paredes medianamente rugosas) (Para paredes muy rugosas)

En donde “ ” es la velocidad del aire en millas/hr 2.13 CALCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR QUE SE TRANSMITE A TRAVES DE UNA PARED COMPUESTA DE VARIOS MATERIALES.

(BTU/hr)

– –

– –

– –



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– –

– –

–

Figura 27: Transferencia de calor por paredes compuesta de varios materiales, con diferentes espesores y diferentes coeficientes específicos de conductividad térmica. 2.14 COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA TOTAL.

La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta de dos o más materiales que separan a dos fluidos que se encuentran a diferentes temperaturas.

– (BTU/hr)

En donde: Q = Calor transferido (BTU/hr) A = Superficie expuesta al flujo de calor (ft2) U = Coeficiente de conductividad térmica total (BTU/ (hr ft2°F) (T1 – T2) =Diferencia de temperatura entre el lado exterior y el interior de la pared (°F)



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2.15 CARGA TERMICA GENERADA POR PRODUCTO.

Al producto es a quien se le debe de retirar calor principalmente para mantenerlo dentro de un espacio bajo ciertas condiciones de temperatura y humedad.

Las frutas, vegetales o cualquier producto desprenden determinadas cantidades

de calor durante su vida, además de introducirlas a un espacio refrigerado, se toma en cuenta que estas se encuentran a una temperatura ambiente o un poco más alta de esta, la cual da como resultado realizar el abatimiento de su temperatura, hasta llegar a un rango de temperatura para su conservación.

El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, si no

también algunos otros materiales que complementan la función de contener y manejar el producto. Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se requiere mantener el producto o espacio.

Para poder determinar la carga térmica por producto se considera lo siguiente: 1.- Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación o criogenia) 2.- Tipo de calor a eliminar (calor sensible, calor latente o ambos).

2.16 CALOR SENSIBLE.

Este parámetro se puede determinar de la siguiente forma:

(BTU) (BTU)

Donde: Qa = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del

punto de congelación (BTU). Qb = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto abajo del

punto de congelación. (BTU). m = Cantidad de masa del producto (lb) Cpa = Calor especifico arriba del punto de congelación (BTU/lb°F) Cpb = Calor especifico abajo del punto de congelación (BTU/lb°F) ∆T = Diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la

temperatura final (°F)



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2.17 CALOR LATENTE.

La ecuación que define el calor latente es:

(BTU)

Donde: Q = Calor latente de fusión o cambio de estado (BTU) m = Cantidad de masa del producto para el cambio de estado (Lb) HL = Calor latente de fusión del producto (BTU/lb) Existen ocasiones en donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al

mismo tiempo, por lo que la combinación de estos calores dará como resultado la siguiente ecuación:

Esta ecuación define el calor total que se le debe abatir al producto para

mantenerlo bajo las condiciones de temperatura y humedad.

Figura 28: Espacio por enfriar. El producto cede calor al espacio. Al hacer la suma de ganancia de calores este siempre será el mayor.



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Figura 29: Grafica de pérdida de calor por producto. Este ejemplo demuestra el agua con su calor latente de vaporización igual a 970.3 y su calor latente de fusión de 144, y los calores específicos arriba y debajo del punto de congelación (A y B). 2.18 CARGA TÉRMICA GENERADA POR EL CONCEPTO DE INFILTRACIÓN.

El concepto de infiltración representa una transmisión de calor originado por la entrada de aire exterior (a la temperatura del medio ambiente) al interior del espacio refrigerado. Esta carga térmica es ocasionada en el momento de apertura de las puertas, ventanas u otro medio que influya en la comunicación con el exterior.

El procedimiento de cálculo para este punto se basa en considerar de que el aire

interior del espacio se cambiara un determinado número de veces por hora, a esto se le llama numero de cambios por aire (CA) y se maneja en un intervalo de una hora. El número de cambios está en función directa del volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distinguiremos 2 grupos:

a) Espacios con volúmenes altos (más de 200ft3) b) Espacios con volúmenes bajos (menos de 200ft3)

Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se

determinara de la siguiente manera:



46

1.- MÉTODO POR APERTURAS DE PUERTAS.

a) Para congeladores o diseños más bajos a esta condición se consideran 2.1 CA. b) Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales o

superiores, se consideraran 4.2 CA. Si se tienen instalaciones de uso pesado se deben multiplicar el valor de los

cambios de aire por 2. Para el caso de almacenamiento con uso prolongado el valor de cambio de aire se multiplica por 0.6.

El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicométrica (ver

anexo), de aquí se toman los valores de la entalpia total del aire exterior correspondiente al valor de volumen específico y del mismo modo para el aire interior, la ecuación que define la cantidad de calor del aire en función de la magnitud será:

(BTU/hr) (BTU/hr)

Entonces el calor infiltrado es:

– (BTU/hr) Donde: QAIRE INTERIOR = Es la cantidad de calor que contiene el aire exterior (BTU/hr). QAIRE INTERIOR = Es la cantidad de calor que contiene el aire interior (BTU/hr). HT INTERIOR= Entalpia total que se encuentra en la carta psicométrica en condiciones

interiores (BTU/lb). HT EXCTERIOR= Entalpia total que se encuentra en la carta psicométrica en

condiciones exteriores (BTU/lb). V INTERIOR= Volumen especifico que se encuentra en la carta psicométrica en

condiciones interiores (ft3/lb). V EXTERIOR= Volumen especifico que se encuentra en la carta psicométrica en

condiciones exterior (ft3/lb). VINFILTRADO = Flujo volumétrico infiltrado (ft3/hr) y se calcula de la siguiente manera:

(ft3/hr) VESPACIO= Volumen total que ocupara la cámara frigorífica (ft3). CA/hr = Son los cambios de volumen por cada hora y este valor se encuentra en

tablas normalizadas. Uso = Uso pesado multiplicar por 2 y uso prologado multiplicar por 0.6.



47

Figura 30: Esquema representativo de una libra masa de aire que se infiltra en el espacio y que por lo tanto puede suministrar o eliminar calor. Para refrigeración siempre es suministro. 2.19 CARGA TÉRMICA GENERADA POR ALUMBRADO Y EQUIPO.

En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden energía calorífica al medio enfriado en el momento de operar. La cantidad de calor que eso cede se obtiene directamente de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es:

1 watt =3.415 BTU/hr.

Todos los sistemas de iluminación, ya sean incandescentes o fluorescentes básicamente, transforman la energía eléctrica que reciben, para su operación en calor, el cual se desprende en su totalidad y se disipa en el interior del espacio que se desea refrigerar, por lo tanto, el siguiente modelo matemático nos permite calcular la ganancia de calor por alumbrado.

(BTU/hr)

Donde: No. de lámparas = Es la cantidad de lámparas que deben alumbrar la cámara

frigorífica de acuerdo al diseño de la misma. Watts de cada lámpara = Es la cantidad de watts que tiene cada lámpara y que cede calor (Watts). 3.1415= Factor de conversión de BTU/hr a watts.



48

Figura 31: Esquema representativo de el alumbrado que se tiene en el frigorífico que ceden calor al espacio.

Como sabemos la mayoría de las máquinas son accionadas por motores eléctricos

que emplean parte de su energía consumida en vencer rozamientos que es una manifestación de energía calorífica.

El calor cedido al espacio con los motores y sus máquinas conducidas afectan a

dicho medio de tres maneras: a) Si el motor y la maquina se encuentran en el interior del espacio enfriado, el

calor cedido se calculara con la siguiente expresión:

(BTU/hr)

b) Si el motor esta en el exterior del espacio y la maquina en el interior del espacio, el calor cedido se calculara con la siguiente expresión:

(BTU/hr)

c) Si el motor esta en el interior del espacio y la maquina en el exterior de espacio, el calor cedido se calculara con la siguiente expresión:

(BTU/hr) Donde: N = Potencia del motor eléctrico (hp) n = Rendimiento del motor eléctrico (%) 746 = Factor de conversión de hp a watts 3.415 = Factor de conversión de watts a BTU/hr.



49

Figura 32: Esquema representativo de el equipo que se tiene en el frigorífico que ceden calor al espacio.

Para calcular el calor absorbido por el espacio debido al concepto de alumbrado y

equipo, se tiene lo siguiente:

(BTU/hr)

2.20 CARGA TÉRMICA GENERADA POR OCUPANTES.

El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad está desprendiendo calor, aun cuando no realice actividad física, el simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente para que libere calor. La energía calorífica cedida por los ocupantes está en función directa de la actividad que desarrolle en el interior del espacio.

Existen valores normalizados, para ciertas actividades que se pueden desarrollar

en el área a tratar, los cuales se localizan para su uso práctico en tablas (ver anexo). Los valores que se muestran en estas tablas son el equivalente del calor por persona (ECPP) que es la suma del calor sensible mas su correspondiente calor latente.

Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el

equivalente de calor por persona en la tabla (ver tabla No en el anexo), de acuerdo con la temperatura interior del espacio y multiplicarlo por el número de ocupantes; es decir:

(BTU/hr)

Donde: No. de ocupantes= Numero de personas que van a laborar dentro del frigorífico.



50

ECPP= Es la suma del calor sensible mas su correspondiente calor latente (BTU/hr).

Figura 33: Esquema representativo de los ocupantes que trabajan dentro del frigorífico y ellos generan un calor que lo ceden al espacio. 2.21 CARGA TÉRMICA GENERADA POR RADIACIÓN SOLAR O EFECTO SOLAR.

Este cálculo se debe a la incidencia de los rayos solares y se calcula exclusivamente para las paredes o superficies afectadas en la hora crítica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre la superficie de un espacio refrigerado originan el calentamiento de estos, lo cual está relacionado con las siguientes características:

a) Rugosidad de la superficie en la que incide. b) El ángulo de incidencia e intensidad de los rayos solares. c) La constante proporcional del calor de la superficie.

Las características anteriores afectan las refracciones de la radiación solar, lo cual

puede ocasionar un aumento de temperatura y como consecuencia una ganancia de calor, a través del techo; del espacio frio. Para el cálculo de la radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar, se puede determinar, suponiendo que el medio ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real; y se puede obtener mediante la expresión matemática siguiente:

(BTU/hr)

Donde ∆T` es un incremento de temperatura corregido.

– (°F) (°F)

Nota: ∆TTABLAS Se obtiene considerando el calor y orientación de la superficie

afectada. (Ver tabla 5 en anexo para consultar valores).



51

Figura 34: Esquema representativo de la radiación solar que generan un calor y es transmitido al espacio. 2.22 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA TOTAL.

Para el cálculo de la carga térmica total que se va a abatir en el espacio frió, se tiene que realizar la sumatorio de todos los resultados arrojados por cada concepto.

Por lo tanto se tiene que:

(BTU/hr) 2.23 MÉTODO DE CÁLCULO. 2.24 GANANCIA DE CALOR POR TRANSMISIÓN A TRAVES DE PAREDES.

= – Considerando las condiciones termodinámicas e ingenieriles de tipo práctico

tenemos. Espesor Óptimo del Aislante: a) Para el Poliestireno:

b) Para el Poliuretano: Donde: e = espesor optimo del material aislante.



52

Te = Temperatura de bulbo seco exterior en °C Treq = Temperatura requerida de diseño o interna en °C Por lo tanto: a) Para el Poliestireno:

b) Para el Poliuretano:

Como consecuencia de un ahorro de economía se tomara como material aislante el Poliuretano, porque su espesor es menor que el del Poliestireno.

Calculo del espesor total de las Paredes, Techo y Puerta (los 5.5” son del espesor

del ladrillo y los 2.5” son del espesor del aislante el Poliuretano).

Calculo del espesor total del piso (4” normalizado para cámaras frigoríficas).

Para este concepto ver anexos tabla 11.

Calculo de la transmisión de calor a través de las paredes, de la forma siguiente: (Ver Detalle).

Figura 35: Esquema representativo, definiendo los detalles de la pared.

Calculo del coeficiente de conductividad global de las paredes en base al siguiente detalle:

eladrillo = 5.5in, con coeficiente de conductividad especifico de 5

epoliuretano = 2.52in con coeficiente de conductividad especifico de 0.11



53

Calculo de las películas de aire, tomando en cuenta que el ladrillo se tomara como

pared rugosa y el poliuretano como pared lisa.

(Para paredes lisas) (Para paredes rugosas)

v1 = Velocidad del viento exterior = 4millas/hr v2 = Velocidad del viento interior = 3millas/hr Verificar datos en la tabla 11 del Anexo. a) Calculo de la película exterior.

b) Calculo de la película interior.

Calculo del coeficiente global de conductividad térmica a través de las paredes.

Calculo de las aéreas de las paredes:

Por lo tanto el área total de transmisión de calor por paredes es de 3 213.59ft2. Calculo de la carga térmica por paredes.

–

Por lo tanto la carga térmica por paredes es de 6 817.95 BTU/hr.



54

Calculo de la transmisión de calor a través del techo, de la forma siguiente: (Ver

Detalle).

Figura 36: Esquema representativo, definiendo los detalles del techo.

a) Para el caso del concreto armado:

e = 5.5in k = 12 b) Para el caso del poliuretano:

e = 2.5in k = 0.11 c) Para el caso de las películas, estas van a ser las mismas:

Calculo del coeficiente global de conductividad térmica a través del techo.

Calculo del área del techo:



55

Calculo de la carga térmica del techo.

–

Por lo tanto la carga térmica por techo es de 4 490.10 BTU/hr. Calculo de la transmisión de calor a través del piso, de la forma siguiente: (Ver

Detalle).

Figura 37: Esquema representativo, definiendo los detalles del piso o suelo.

Donde: Tsub suelo = Temperatura media del subsuelo. Text = Temperatura exterior. Tint = Temperatura interior.

58 En esta pared solo se tomara en cuenta la película interior de aire, por lo tanto:

a) Para el caso del concreto armado:

e = 4in k = 12 Calculo del coeficiente global de conductividad térmica a través del techo.



56

Calculo del área del suelo:

Calculo de la carga térmica del suelo.

–

Por lo tanto la carga térmica por techo es de 73 063.13 BTU/hr. Calculo de la transmisión de calor a través de la puerta, de la forma siguiente:

(Ver Detalle).

Figura 38: Esquema representativo, definiendo los detalles del puerta.

a) Para el caso de la placa de acero rolado:

e = 0.04in k = 350 b) Para el caso del poliestireno:

e = 7.92in k = 0.22



57

c) Para el caso de las películas, estas van a ser las mismas

Calculo del coeficiente global de conductividad térmica a través de la puerta.

Calculo del área de la puerta:

Calculo de la carga térmica de la puerta.

–

Por lo tanto la carga térmica por techo es de 114.18 BTU/hr.

2.26 GANANCIA DE CALOR POR PRODUCTO. Con los datos de diseño se procederá a calcular la carga térmica generada por

producto. Lugar: Zacatlán, Puebla. Producto: Manzanas Tentrada = 68°F=20°C Talm = 32°F=0°C Cea = 0.86 BTU/lb°F Hl = 121 BTU /lb Tentrada = 28.2°F=-2.1°C Para verificar datos ver Tablas 1, 2 y 3 en el anexo. Como solamente se va a refrigerar el producto, este va a estar sometido a un

cambio de temperatura donde no va a sufrir ningún cambio de estado, pero si se le va a abatir calor sensible como lo muestra la grafica siguiente:



58

Figura 39: Grafica representativa, de las pérdidas de calor del producto que cede al espacio.

Por lo tanto aplicando el siguiente modelo matemático se tiene:

(BTU)

Como se almacenaran 2Tn/día, este valor lo tenemos que transformar a un valor numérico para obtener un flujo másico en lb/hr.

Por lo tendremos un flujo másico de 183.33lb/hr=m. Sustituyendo valores en la formula correspondiente tenemos:

-Qs = 5676.89 BTU/hr De acuerdo con esto la ganancia de calor por producto es de –QPRODUCTO = 5

676.89 BTU/hr. Hay que tomar en cuenta un calor importante dentro de este concepto, ya que los

productos perecederos provocan un calor de respiración hay que calcularlo.



59

2.27 GANANCIA DE CALOR POR RESPIRACION.

Datos: Lugar: Zacatlán, Puebla. Producto: Manzanas Tentrada = 68°F=20°C Talm = 32°F=0°C Calor de respiración a 32°F = 830 BTU/ (24hr Ton) Calor de respiración a 68°F = 7700 BTU/ (24hr Ton) Capacidad: 65.2Tn Entrada al frigorífico por día: 2 Tn Para verificar datos ver Tablas 3 en el Anexo. Calculo de la carga térmica por el concepto de respiración, que está involucrado

con el concepto de ganancia de carga térmica por producto: a) Por modelo empírico se tiene: Para una temperatura dada: A una T Capacidad (Calor de respiración a la T dada)

A 32ªF

hrTnBTUTn

248302.65 = 2 254.83 BTU/hr

d) Por modelo empírico se tiene: Para una temperatura dada: A una T Capacidad (Calor de respiración a la T dada)

A 68ªF

hrTnBTUTn

2477002 = 641.66 BTU/hr

Calculo de la carga térmica por respiración:

QQQ FNARESPIRACIOFNARESPIRACIONRESPIRACIO ª68º32

Q NRESPIRACIO = 2 254.83 + 641.66 = 2 896.49hr

BTU



60

Por lo tanto tenemos que la carga total por producto es la sumatoria total de la carga térmica por respiración y por producto.

QQQ OPORPRODUCTCIONPORRESPIRAODUCTOTOTALPORPR

Por lo tanto:

hr

BTUQPRODUCTO38.857249.289689.5675

2.28 GANANCIA DE CALOR POR EL CONCEPTO DE INFILTRACION.

Para calcular la ganancia de calor por infiltración tomaremos el siguiente modelo matemático:

– (BTU/hr) Datos: Dimensiones de la cámara:

CONCEPTO INTERIORES (m) EXTERIRORES (m) LARGO 18.00 18.41 ANCHO 10.00 10.41 ALTO 05.00 05.31

Uso = Uso pesado (2) Condiciones exteriores: TBS = 84°F=28.8°C. TBH = 63°F=17.2°C. Hl = 36.7 BTU/lb VEXT = 14.4 ft3/lb Condiciones Interiores: %HR = 90 TBS = TREQ. = 32°F=0°C. Hl = 11.4 BTU/lb VINT = 12.4 ft3/lb CA/hr = 2.7 /24hr Para verificar datos consultar carta psicométrica de baja y media así como las

tabla 10 en el anexo.



61

Figura 40: Esquema representativo de condiciones exteriores e interiores de la cámara, con estos datos se entra a la carta psicométrica de mediana y baja temperatura para conocer el volumen específico y el calor total para poder calcular esto parámetro. Calculando el volumen de la cámara:

Calculando volumen infiltrado:

Calculando flujo de calor exterior e interior con los siguientes modelos

matemáticos:

(BTU/hr) (BTU/hr)

Sustituyendo valores en las ecuaciones obtenemos:

Calculando la ganancia de calor por infiltración:



62

2.29 GANANCIA DE CALOR POR ALUMBRADO Y EQUIPO. Datos: 1 watt por ft2 1 watt = 3.415 BTU/hr. Motor en el exterior y maquina en el interior del espacio. 2 motores de 7.5hp por los difusores. Montacargas eléctrico de 8hp para maniobras dentro del espacio trabajando 6 hrs

por día. Para verificar datos ver tabla 6 en los anexos.

Figura 41: Esquema representativo la ganancia de calor generada por alumbrado, equipo y

montacargas que gana el espacio.

Calculando área de alumbrado: =(18.00m)(10.00m)=180 m2=1 936.51 ft2

Calculando ganancia de calor por alumbrado:

(BTU/hr)

Calculando ganancia de calor por equipo.

(BTU/hr)

Calculando ganancia por montacargas.

(BTU/hr)

= 4770.7 BTU/hr Calculando ganancia de calor por alumbrado y equipo.

(BTU/hr) +QAE = 6 613.18 + 38 213.85 + 4770.7 = 49 597.73 BTU/hr



63

La carga térmica por alumbrado y equipo es de +QAE = 49 597.73 BTU/hr

2.30 GANANCIA DE CALOR POR OCUPANTES.

Se procederá a calcular la ganancia de calor por ocupantes por medio del siguiente modelo matemático:

(BTU/hr)

Datos: Considerar que 2 personas trabajan 5hr continuas diarias. TREQ = 32°F Valores de tabla TREQ = 40°F 840 BTU/hr TREQ = 30°F 950 BTU/hr Calculo de la carga térmica por ocupantes: Para entrar a la tabla 7 (ver anexo) tenemos que verificar nuestra temperatura de

diseño que es de 32°F. Como la tabla no nos dice el valor exacto tenemos que interpolar. 40°F ------------------- 840 BTU/hr 32°F ------------------- BTU/hr 30°F ------------------- 950 BTU/hr

Por lo tanto el calor generado por ocupantes es:

La carga térmica por ocupantes QOCUPANTES = 1 856 BTU/hr.



64

2.31 GANANCIA DE CALOR POR RADICIÓN SOLAR

Este concepto se da cuando el espacio por refrigerar, la loza de la cámara se encuentra en contacto con los rayos solares, para nuestro caso no se tomara en cuenta ya que la cámara a diseñar se encontrara en un espacio aislado; es decir, estará en un cuarto cerrado, el cual la protegerá contra los rayos solares.

Por lo tanto este concepto no genera ganancia de calor y es 0 BTU/Hr.

Donde: T` = T1 corregida exterior. A = Área de la superficie afectada por los rayos solares. U = Coeficiente global de conductividad térmica. ∆T` = Diferencia de temperaturas corregida que hay entre la temperatura interior y

la exterior del espacio refrigerado. ∆T = Diferencia de temperaturas que hay entre la temperatura interior y la exterior,

se toma su valor de tabla (ver anexo). T1 = Temperatura exterior tomada de tablas (ver anexo). t2 = Temperatura interior del espacio refrigerado.

2.32 EVALUACIÓN DE LA CARGA TÉRMICA. Tabla 2: Se muestran todos los resultados de la carga térmica a través de paredes, techo, piso y puerta.

Concepto Cantidad (BTU/hr)

PAREDESQ.

6 817.95

TECHOQ.

4 490.10

PISOQ.

73 063.13

PUERTAQ.

114.18

TRANSQ 84 485.36



65

Tabla 3: Se muestran todos los resultados de la carga térmica que va se va a disipar en el interior del espacio.

Concepto Cantidad (BTU/hr)

TRANSQ 84 485.36

PRODUCTOQ.

8 572.38

ÓNINFILTRACIQ.

2 218.98

ALUMBRADOQ.

6 613.19

EQUIPOQ.

44 250.00

SMONTACARGAQ.

4 770.75

OCUPANTESQ.

1 856.00

ESQ 0

TOTALQ.

152 766.66

Se va a dar un FS=10% y por lo tanto nos da sabiendo que 1TR= 12 000 BTU/hr nos da las siguientes toneladas de refrigeración totales del sistema de refrigeración.



66

CAPITULO 3

“LOS REFRIGERANTES, SU

SELECCIÓN Y

APLICACIÓN”.



67

CAPITULO 3: “LOS REFRIGERANTES, SU SELECCIÓN Y APLICACIÓN”.

3.1 REFRIGERANTES: REFRIGERANTE: En general, un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que

actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cual alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente. Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en ciclo compresión-vapor, debe poseer ciertas propiedades (químicas, físicas y termodinámicas) que lo hagan seguro y económico durante su uso.

Propiamente no existe un refrigerante “ideal” y por las grandes diferencias en las

condiciones y necesidades de las varias aplicaciones, no hay un solo refrigerante que sea universalmente adaptable a todas las aplicaciones. Entonces un refrigerante se aproximara al “ideal”, solo en tanto que sus propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para lo cual va a ser utilizado.

3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN ASHRAE. En la tabla 4 se proporciona una lista de los fluidos cuyas propiedades pueden ser

adecuadas para usárseles como refrigerantes. Sin embargo, solo unos pocos de los más deseados son realmente empleados como tales. Algunos que se usaron bastante en años, anteriores, han sido eliminados a medida que se han desarrollado los fluidos más apropiados, otros continúan en estado de desarrollo y son una promesa para el futuro.

DESIGNACION STD DEL REFRIGERANTE FORMULA

QUIMICA PESO

MOLECULAR PTO DE EBULLICION

EN °F COMPUESTOS HALOCARBUROS No. Nombre del químico

10 CARBONTETRACLORURO CCL4 153.8 170.2 11 TRICLOMONOFLUOROMETANO CC3F 137.4 74.8 12 DICLORODIFLUOROMETANO CCl2F2 120.9 -21.6 13 MONOCLOROTRIFLUOROMETANO CClF2 104.5 -114.6

13B1 MONOBROMOTRIFLUOROMETANO CBrF3 148.9 -72.0 14 CARBONTETRAFLUORURO CF4 88.0 -198.4 20 CLOROFORMO CHCl3 119.4 142 21 DICLOROMONOFLUOROMETANO CHCl3F 102.9 48.1 22 MONOCLORODIFLOUROMETANO CHClF2 86.5 -41.4 23 TRIFLUOROMETANO CHF3 70 -119.9 30 CLORO DE METILENO CH2Cl3 84.9 105.2 31 MONOCLOROMONOFLUOROMETANO CH2F2 68.5 48.0 32 FLOURURO DE METILO CH3Cl 52 -61.4 40 CLORURO DE METILO CH3F 50.5 -10.8 41 FLOURURO DE METILO CH4 34 -109 50 METANO CCl3CCl3 16 -259

110 HEXACLOROETANO CCl3CCl2F 236.8 365



68

111 PENTACLOROMONOFLOUROENTANO CCl3FCCl3F 220.3 279 112 TETRACLORODIFLUOROETANO CCl3FCClF2 203.8 199.0 112a TETRACLORODIFLUOROETANO CCl3FCClF2 203.8 195.8 113 TRICLOROTRIFLUOROETANO CCl3CF3 187.4 117.6 113a TRICLOROTRIFLUOROETANO CClF2CClF2 187.4 114.2 114 DICLOROTETRAFLUOROETANO CCl2FCF3 170.9 38.4 114a DICLOROTETRAFLUOROETANO CBrF2CBrF2 170.9 38.5 114B

2 DOBROMOTETRAFLUOROETANO CClF2CF2 259.9 117.5

115 MONOCLOROPENTAFLUOROETANO CF3CF3 154.5 -37.7 116 HEXAFLUOROETANO CHCl2CCl3 138 -108.8 120 PENTACLOROETANO CHCl2CF3 202.3 324 123 DICLOROTRIFLUOROETANO CHClFCF3 153 83.7 124 MONOCLOROTRIFLUOROETANO CHF2CClF2 136.5 10.4 124a MONOCLOROTRIFLUOROETANO CHF2CF3 136.5 14 125 PENTAFLUOROENTANO CH2ClCF3 120 -55 133a MONOCLOROTRIFLUOROETANO CH3CCl3 118.5 43.0 140a TRICLOETANO CH3CClF2 133.4 165 142b MONOCLORODIFLUOROETANO CH3CF3 100.5 12.2 143a TRIFLUOROETANO CH3CHCl2 84 -53.5 150a DOCLOROETANO CH3CHF2 98.9 140 152a DIFLUOROETANO CH3CH2Cl 66 -12.4 160 CLORURO DE ETIL CH3CH3 64.5 54.0 170 ETANO CF3CF2CF3 30 -127.5 218 OCTAFLUOROPROPANO CH3CH2CH3 188 -36.4 290 PROPANO 44 -44.2

C316 DICLOROHEXAFLUOROCICLOBUTANO C4Cl2F6 233 140 C317 MONOCLOROHEPTAFLUOROCICLOBUTAN

O C4ClF7 216.5 77

C318 OCTAFLUOROCICLOBUTANO C4F8 200 21.1 500 REFRIGERANTES 12/152a 73,8/26,2 wt%* CCl2F2/CH3CHF2 99.29 -28.0 501 REFRIGERANTES 22/12 75/25 wt% CHClF2/CCl2F2 93.1 -4.2 502 REFRIGERANTES 11/115 48,8/51,2 wt% CHClF2/CClF2CF

3 112 -50.1

50 METANO CH4 16.0 -259 170 ETANO CH3CH3 30 -127.5 290 PROPANO CH3CH2CH3 44 -44.2 600 BUATNO CH3CH2CH2CH3 58.1 31.3 601 ISOBUTANO CH(CH3)3 58.1 14

(1150 ETILENO CH2=CH2 28.0 -155.0 (1270 PROPILENO CH3CH=CH2 42.1 -53.7 610 ETER ETILO C2H2OC2H5 74.1 94.3 611 FORMATO DE METIL HCOOCH3 60 89.2 630 AMINA DE METIL CH3NH2 31.1 20.3 631 AMINA DE ETIL C2H5NH2 45.1 61.8 717 AMONIACO NH8 17 -28 718 AGUA H2O 18 212 729 AIRE 29 -318 744 DIOXIDO DE CARBON CO2 44 -109 (SUBL)

744A OXIDO NITROSO N2O 44 -127 764 DIOXIDO DE AZUFRE SO2 64 14.0

1112a DICLORODIFLUOROETILENO CCl2=CF2 133 67 1113 MONOCLOROTRIFLUOROETILENO CClF=CF2 116.5 -18.2



69

1114 TETRAFLUOROETILENO CF2=CF2 100 -105 1120 TRICLOETILENO CHCl=CCl2 131.4 187 1130 DICLOROETILENO CHCl=CHCl 96.9 118 1132a FLUORURO DE VINILDENO CH=CF2 64 -119 1140 CLORURO DE VINILO CH2CHCl 62.5 7.0 1141 FLOURURO DE VINILO CH2=CF 46 -98 1150 ETILENO CH2=CH2 28 -155.0 1270 PROPILENO CH3CH=CH2 42.1 -53.7

Tabla 4: Tabla extraída de CORP. DOCUMENT 2-D 127, p1 1. Los compuestos de metano, etano y propano aparen en la sección de

halocarburos con sus propias posiciones numéricas, pero entre paréntesis ya que estos productos no son halocarburos.

2. Los compuestos etileno y propileno aparecen en la sección de halocarburos (con el fin de indicar que estos compuestos son hidrocarburos). El etileno y el propileno están debidamente identificados como compuestos orgánicos no saturados.

De la ASHRAE Data Book, Desing Volumen, 1957-58 Edition, con permiso de la American Society of Heating Refrigerating and Air – Conditioning Enginners.

3.3 PROPIEDADES DE ALGUNOS REFRIGERANTES Y

CARACTERISTICAS DE UN CICLO CON EVAPORACIÓN A 50F (-150C) Y CONDENSACION A 860F (300C). HCFC-22 HCFC-123 HCFC-134a R-717

KJ/Kg BTU/lb KJ/Kg BTU/lb KJ/Kg BTU/lb KJ/Kg BTU/lb CALOR DE VAPORIZACION A 5 °F

215,93 92,8 178,3 76,7 207,28 89,3 1313 564

Lt/Kg ft3/lb Lt/Kg ft3/lb Lt/Kg ft3/lb Lt/Kg ft3/lb VOLUMEN ESPECIFICO DEL VAPOR

77,34 1,24 0,3908 6,26 119,9 1,92 508 8,14

Kg/s POR KW

lb/min POR TON

Kg/s POR KW

lb/min POR TON

Kg/s POR KW

lb/min POR TON

Kg/s POR KW

lb/min POR TON

GASTO POR UNIDAD DE REFRIGERACION

0,00615 2,87 6,56 3,05 0,00681 3,17 0,00091 0,422

Lt/s POR KW

ft3/min POR Tn.

Lt/s POR KW

ft3/min POR Tn.

Lt/s POR KW

ft3/min POR Tn.

Lt/s POR KW

ft3/min POR Tn.

FLUJO VOLUMENTRICO DE VAPOR EN EVAPORADOR POR EL UNIDAD DE REFRIGERACION

0,476 3,54 2,56 19,1 0,8165 6,08 0,461 3,43

Tabla 5: Esquema comparativa de algunas propiedades de los refrigerantes que se atizaran para hacer una comparación y así poder escoger bel más apropiado.



70

3.4 EFECTOS DE LOS DIFERENTES REFRIGERANTES EN LA DESTRUCIÓN DE LA CAPA DE OZONO Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL.

Una razón por el resurgimiento en el interés por el amoniaco es su efecto a la

atmosfera. Durante una fuga de amoniaco mientras que la concentración del amoniaco permanezca cerca o debajo de 50ppm, el amoniaco no daña a personas, animales, plantas y medio ambiente. El amoniaco se encuentra libre en la atmosfera y es parte fundamental del ciclo del nitrógeno como fuente de nitrato, el cual convierte al nitrógeno de manera que puede ser utilizada por las plantas.

Aproximadamente el 95% de total del amoniaco en el mundo es debido a los

procesos naturales, por ejemplo, la descomposición de materia orgánica, excremento de animales, productos de las alcantarillas y erupciones volcánicas. El Potencial de Destrucción de Ozono (ODP) y Potencial para el Calentamiento Global (GWP) de cuatro refrigerantes están mostrados en la Tabla A. Los ODPs y GWPs están dados can respecto al refrigerante R-11 el cual tiene un valor de 1.0, es preferible que la vida de sustancia en la atmosfera sea corta y la duración del amoniaco en la atmosfera sea usualmente de unos días y siempre menos de dos semanas. El ODP del R-22 es solamente 5% y el del R-123 del 2% del R-11. El R-134ª es un HFC y no contribuye a la destrucción del ozono, lo mismo es cierto para el amoniaco.

En ambos casos R-22 y R-134ª CAUSAN CALENTAMIENTO GLOBAL. 3.5 TABLA “A” POTENCIAL DE DESTRUCCIÓN DE OZONO (ODP) Y

CALENTAMIENTO GLOBAL (GWP) DE ALGUNOS REFRIGERANTES CON REFERENCIA AL CFC -11

Tabla 6: En esta tabla se muestra los años de duración de 4 refrigerantes (HCFC-22, HCFC-123, HFC-134ª y AMONIACO) con su ODP y GWP.

REFRIGERANTE DURACION EN LA ATMOSFERA

(AÑOS) ODP GWP HCFC-22 18 0,05 0,4 HCFC-123 2 0,02 0,02 HFC-134a 18 0,31 0,31

AMONIACO MENOS DE 2 SEMANAS 0 0



71

En la refrigeración industrial los dos refrigerantes más importantes son HCFC-22 y AMONIACO. Estos refrigerantes se dividen en el mercado probablemente en proporciones iguales, pro a principios de este siglo, el HCFC-22 deberá ser reemplazado, por lo que el amoniaco tendrá la oportunidad de ganar más instalaciones debido a que muchos de los empresarios tendrán que observar el comportamiento ecológico de los refrigerantes. Lo anterior es una razón por lo que la utilización del amoniaco será mayor en el futuro.

3.6 PROPIEDADES SEGURAS. Las propiedades seguras de un refrigerante son de especial importancia en la

selección del mismo. Es por esta razón que algunos fluidos que de otro modo son altamente deseables como refrigerantes, tienen uso ilimitado como tales.

Para tener uso apropiado como refrigerante, un fluido deberá ser químicamente

inerte hasta el grado de no ser inflamable, no explosivo y no toxico, tanto en su estado puro como cuando están mezclados con el aire en cierta proporción; además el fluido no deberá reaccionar desfavorablemente con el aceite lubricante o con cualquier otro material normalmente usado en la construcción de equipo de refrigeración.

No deberá reaccionar desfavorablemente con la humedad, la cual, no obstante, a

pesar de las precauciones rigurosas que se tienen, se presenten en cierto grado este problema en todos los sistemas de refrigeración. Además es deseable que el fluido sea de tal naturaleza que no contamine de forma alguna a los productos alimenticios o algunos productos almacenados en caso de que se tuviera alguna fuga en el sistema.

3.7 APLICACIONES DE LOS REFRIGERANTES. Después de haber examinado las características y factores que influyen en la

elección de los refrigerantes, vamos a hacer un resumen del uso de algunos refrigerantes más comunes.

3.7.1 AIRE: El uso principal de aire como refrigerante es en la unidad de ciclo de

aire para aviones. El coeficiente de funcionamiento de ciclo de aire que trabaja entre las temperaturas de 86 y 5 0F (30 y -15 0C) es 1.67; si se compara con el coeficiente de funcionamiento de los otros refrigerantes, la refrigeración con aire se requiere más trabajo, si bien el menor peso se compensa con mucho esta desventaja en el servicio aéreo.

3.7.2 AMONIACO: El amoniaco se usa principalmente en las grandes industrias y

en las instalaciones de baja temperatura. La mayoría de las plantas que usan amoniaco han adiestrado a sus operarios para el servicio. La toxicidad impide su uso en los lugares ocupados por grandes grupos de gente. Aunque su utilización en refrigeraciones a baja temperatura, tales como la congelación de alimentos y plantas lecheras tiene la competencia de los refrigerantes R-22 y R-12, cada año entran en funcionamiento muchos nuevos sistemas de amoniaco.



72

3.7.3 ANHIDRIDO CARBONICO: Antes de que apareciesen los hidrocarburos halogenados, el Anhídrido Carbónico era un refrigerante no toxico muy popular. Al exigir altas potencias y altas presiones de condensación, está limitado ahora su uso a los ciclos de baja temperatura en sistemas en cascada, en los que el anhídrido carbónico se condensa cediendo su calor al evaporador en una unidad de temperatura más alta que utiliza un refrigerante distinto.

3.7.4 REFRIGERANTE 11: Debido al alto caudal en volumen por Ton, el

Refrigerante 11 es apropiado para trabajar en compresores centrífugos. Los refrigerantes 11 y 113 son los más usados en sistemas de compresor centrífugo. Por debajo de 560F (23.90C), el refrigerante 11esta a presión inferior a la atmosférica, por lo que se necesitan dispositivos de purga para separar el aire que se introduzca en el sistema.

3.7.4 REFRIGERANTE 12: Es el refrigerante más ampliamente usado. Se usa

principalmente con compresores alternativos en aparatos de refrigeración domestica, en acondicionamiento de aire en comercios e industrias y en multitud de otros tipo de sistemas de refrigeración. Las propiedades del refrigerante 12 que lo hacen tan útil son las convenientes presiones de funcionamiento, la pequeña potencia necesaria por Ton, y el que no sea toxico ni corrosivo.

3.7.5 REFRIGERANTE 22: El refrigerante 22 al igual que el 12, no es toxico y

necesita una pequeña potencia por Ton. Este refrigerante compite con el 12 en unidades pequeñas de acondicionamiento de aire. Compite con el Amoniaco en sistemas industriales de baja temperatura en aquellos casos en la que la toxicidad del amoniaco ha de tenerse en cuenta.

3.8 COMPARACIÓN DE LOS REFRIGERANTES. Muchos factores deben tenerse en cuenta al elegir un refrigerante. Estos factores

pueden agruparse en propiedades termodinámicas, químicas y físicas: a) TERMODINÁMICAS:

1.- Presiones a la temperatura de evaporación y condensación, 2.- Punto de Congelación. 3.- Volumen puesto en juego por TR. 4.- Potencia por TR y coeficiente de funcionamiento.

b) QUÍMICAS: 1.- Inflamabilidad. 2.- Toxicidad. 3.- Reacción con los materiales de construcción. 4.- Daños a los productos refrigerados.

c) FÍSICAS: 1.- Tendencia a la fuga y detención. 2.- Viscosidad y conductividad térmica. 3.- Acción sobre el aceite. 4.- Costo.



73

3.9 INFLAMABILIDAD Y TOXICIDAD. 3.9.1 INFLAMABILIDAD: El peligro de inflamación o explosión influirá ciertamente

en la elección del refrigerante. Los hidrocarburos tales como el propano, etano y butano son altamente inflamables y explosivos, por lo que se usan únicamente en aquellas aplicaciones industriales en las que se puede disponer de métodos de seguridad para el empleo de gases explosivos. El amoniaco es explosivo cuando se mezcla con el aire en concentraciones de 16 a 25% de amoniaco en volumen. Los hidrocarburos halogenados (Refrigerantes 11, 12, 22, etc.), se consideran no inflamables.

3.9.2 TOXICIDAD: Un refrigerante toxico es el que es perjudicial a los seres

humanos cuando se mezclan con el aire en pequeños porcentajes. Todos los refrigerantes comunes, excepto el aire, pueden causar sofocación; pero esto, generalmente solo ocurre a altas concentraciones. Los Underwriters Loboratories han clasificado los refrigerantes de acuerdo con su toxicidad relativa. Como muestra en la Tabla 3.91, los números de clasificación más altos de los Underwriters Loboratories indican una toxicidad reducida.

Refrigerante

Muerte o serios daños

Duración de la Explosión H

Concentración en el aire % en

Volumen Kg/ 1000 m3 a 20

C Amoniaco 0 - 0,5 0,5 - 0,6 3,2 -4,8

Refrigerante 113 1 4,8 - 5,2 372 – 402 Anhídrido Carbónico 0,5 - 1 29,0 - 30,0 530 – 550

Refrigerante 11 2 10 570 Refrigerante 22 2 18,0 - 22,5 642 – 808 Refrigerante 12 Ningún daño a los 28,5 - 30,4 1,430 - 1,530

conejillos de Indias después de 2 hr de exposición

Tabla 7: En esta tabla se muestra la duración de explosión y la concentración de aire de 4 refrigerantes (HCFC-22, HCFC-123, HFC-134ª y AMONIACO) con su ODP y GWP.

Los hidrocarburos halogenados no son tóxicos cuando se mezclan con el aire. Sin embargo, su descomposición en presencia de una llama puede ser peligrosa. De la descomposición de estos refrigerantes en presencia de una llama resulta fosgeno, que es un gas venenoso. El olor acre de los productos sirve de aviso.



74

3.10 SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE. Se hace una selección del refrigerante a usar, en base a una tabla comparativa, en

el cual se muestran las ventajas y desventajas de nuestras dos alternativas (freón y amoniaco), en la misma se muestran propiedades, características y además precios de los ismos para dar una idea más clara del porque de la selección de uno u otro.

CONCEPTO FREON AMONIACO NH3

PUNTO DE EBULLICION A 1 ATM (F) -41,4 -28 CONCENTRACION DE CALOR DEL VAPOR SATURADO A 5 F EN EL EVAPORADOR (BTU/lb)

105,56 613,35

CALOR DEL LIQUIDO A 86 F EN EL CONDENSADOR (BTU/lb) 36,28 133,9 EFECTO REFRIGERANTE (BTU/lb) 69,28 474,45 REFRIGERANTE RECIRCULADO (lb/min) 2,887 0,4215 VOLUMEN DE LIQUIDO A 86 F (ft 3/lb) 0,0136 0,0269 LIQUIDO RECIRCULADO (in3/min) 64,97 19,6 VOLUMEN DE VAPOR A 5 F (ft3/lb) 1,246 8,15 REFRIGERANTE POR ft3 DE DESPLAZAMIENTO DE COMPRESOR (BTU/min) 55,6 58,2 DESPLAZAMIENTO DEL COMPRESOR (ft3/min) 3,596 3,436 FLAMABLE NO SI TOXICO NO SI CONTAMINANTE ALTO BAJO PRECIO ($/Kg) MUCHO POCO MISCIBLE CON ACEITE POCA MUCHA ABUNDANCIA EN EL MERCADO GRANDE PEQUEÑA PROBABILIDAD DE FUGA PEQUEÑA GRANDE ESTRUCTURA MOLECULAR Tabla 8: En esta tabla se muestra una comparación entre el Freón y el Amónico con sus diferentes propiedades termodinámicas y económicas. REFRIGERANTE R-12 R-22 AMONIACO AGUA FORMULA QUIMICA CCl2F2 CHClF2 NH3 H2O PESO MOLECULAR 120,9 86,5 17 18 TEMP. EBULLICION © A 1 atm. DE PRESION -28 -40,8 -33,3 100 PRESION EVAPORADOR A -15 C (Kg/cm2) 0,83 1,99 1,38 752* PRESION DE CONDENSACION A 30C (Kg/cm2) 6,55 11,2 10,86 731,5* TEMPERATURA CRITICA C 112,2 96,1 133 374,5 PRESION CRITICA (Kg/cm2) 41,97 50,33 116,1 226,8 TEMPERATURA DE DESCARGA DEL COMPRESOR ( C) 38,3 55 RELACION DE COMPRESION (30 C/-15 C) 4,08 4,06 4,94 6,95 VOLUMEN ESPECIFICO DEL VAPOR SATURADO A -15 C (I/Kg)

91,1 78 509 152,57

CALOR LATENTE DE EVAPORACION A -15 C (kcal/Kg) 37,9 52 313,8 EFECTO NETO DE REFRIGERANTE DEL LIQUIDO, 30 C/15 C (kcal/Kg)

27,8 35 263,5 560

CALOR ESPECIFICO DEL LIQUIDO A 30 C 0,24 0,34 1,1 1 CALOR ESPECIFICO DEL VAPOR A LA PRESION CTE DE 1 atm Y 30 C

0,15 0,15 0,52 0,5

COEFICIENTE DE COMPORTAMIENTO 4,7 4,66 4,76 4,1 C.P. / TONELA DE REFRIGERACION 1,002 1,011 0,99 0,62 REFRIGERANTE CAICULANDO/ TR (Kg/min) 1,82 1,31 0,19 0,089 LIQUIDO CIRCULADO/TR (Lt/min) 1,4 1,11 0,32 0,089 DESPLAZAMIENTO DE COMPRESOR/TR (Lt/min) 165 102 0,97 13,497



75

TOXICIDAD (GRUPO No. UNDERWRITER`S LOBORATORIES)

6 5A MOD NO

FLAMABILIDAD Y EXPLOSIVIDAD NINGUNA NINGUNA SI NO TIPO DE COMPRESOR ADECUADO RECIP. CENTRIF. Tabla 9: En esta tabla se muestra una comparación entre el R-12, R-22, Amónico y Agua con sus diferentes propiedades termodinámicas.

3.11 DAÑOS ALOS PRODUCTOS REFRIGERADOS. Cuando por una fuga en el sistema refrigerante es posible que llegue el

refrigerante a estar en contacto con los productos refrigerados, hay que tener en cuenta los efectos de este contacto.

El amoniaco se disuelve en el agua, y la mayoría de los productos alimenticios

contienen agua. En pequeñas concentraciones el efecto del amoniaco sobre los alimentos es insignificante, pero a altas concentraciones, o con largos periodos de exposición, los alimentos toman mal sabor, e incluso pueden ser tóxicos. Los hidrocarburos halogenados no tienen efecto perjudicial sobre los alimentos. Pieles o telas.

3.12 REACCION CON LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION. Corrientemente, la reacción de un refrigerante, con un material de construcción, no

tiene influencia en la selección del refrigerante, pero la clase de material que debe emplearse para contener al refrigerante a usar, viene generalmente dictada por este. Ciertos materiales pueden ser atacados por los refrigerantes. El amoniaco, por ejemplo reacciona con el cobre (Cu), el latón u otras aleaciones de cobre en presencia de agua. Por tanto el hierro y el acero son los materiales comúnmente empleados en los sistemas de amoniaco. Los hidrocarburos halogenados pueden reaccionar con el cinc, pero no con el cobre, aluminio y hierro. En presencia de una pequeña cantidad de agua, los hidrocarburos halogenados forman ácidos que atacan a la mayoría de los metales.

Los hidrocarburos halogenados atacan el caucho natural, por lo que debe usarse

en las empaquetaduras y juntas de estanqueidad caucho sintético del tipo neopreno. 3.13 VIDA UTIL DE LOS TUBOS PARA UNA CIERTA CAPACIDAD DE

REFRIGERACION. La tabla 3.131 (propiedades de los refrigerantes) mostro que el calor latente del

amoniaco es aproximadamente seis veces mayor que el de los refrigerantes halogenados, por lo tanto el flujo másico es muy pequeño con amoniaco para cierta capacidad. Aunque el amoniaco tenga un alto volumen especifico y las velocidades del vapor del amoniaco y R-22 son semejantes, la caída de presión del amoniaco es menos. La base más apropiada para una comparación de los refrigerantes es la caída de temperatura de saturación, por lo que la temperatura es el mejor indicador de la eficiencia del sistema que la presión. Basándonos en esto un tubo de succión para amoniaco puede transportar un flujo de refrigerante con aproximadamente tres veces la capacidad de refrigeración en comparación con los refrigerantes halogenados.



76

Capacidades de refrigeración de diámetros varios con dos caídas de temperatura de saturación. Las cantidades se aplican a la tubería de succión con un largo de 30.5 (100ft) y una temperatura de saturación de 17.8 0C (0 0F).

CAPACIDAD DE REFRIGERACION KW/TONELADAS

CAIDA DE TEMP. DE SATURACION DE 0,56 C (1

F) CAIDA DE TEMP. DE SATURACION DE

0,56 C (1 F) REFRIGERANTE 4 PULGADAS 6 PULGADAS 4 PULGADAS 6 PULGADAS HCFC - 22 199 (56,7) 587 (167) 281 (80) 833 (237) AMONIACO 545 (155) 1583 (450) 731 (208) 2110 (600)

Tabla 10: En esta tabla se muestra la capacidad de refrigeración que tienen el R-22 y Amónico.

La comparación muestra que tubos más pequeños y más baratos pueden ser usados en un sistema con amoniaco para las mismas perdidas por caída de presión. Por otra parte se podría seleccionar el mismo diámetro de tubo en un sistema de amoniaco beneficiándose el primero con una menor caída en presión.

3.14 APLICACIONES ACTUALES, VENTAJAS Y PORQUE DEL AMONIACO.

3.14.1 APLICACIONES ACTUALES DEL AMONIACO. La cantidad de sistemas que usan amoniaco como refrigerante es pequeña en

comparación con la que usa halocarburos, pero a una escala absoluta el amoniaco tiene un papel importante en la economía mundial. Las plantas de refrigeración que utilizan amoniaco son por lo general grandes y operan en un medio ambiente industrial, funcionan a bajas temperaturas, se distribuyen en una superficie extensa, tienen que ser flexibles con respecto a modificaciones y ampliaciones considerando sobre todo la eficiencia de estas plantas. Estas características hacen que el amoniaco sea utilizado frecuentemente para el procesamiento y conservación de los alimentos y hasta cierto punto en las industrias químicas y farmacéuticas. El amoniaco es un pilar de la industria alimenticia y en el congelamiento y conservación de comestibles congelados y refrigerados.

Basado en los datos suministrados por la International of Refrigerated

Warehauses, los pronósticos para la compras de frutas favorecen a los sistemas de amoniaco en la proporción de de 1 a 5 en los Estados Unidas de Norteamérica y Canadá. En Europa Occidental los sistemas de amoniaco en almacenes frigoríficos son favorecidos por un pequeño margen.

3.14.2 VENTAJAS DEL AMONIACO. Las ventajas con el amoniaco incluyen su comportamiento con el aceite, el costo

de operación, la eficiencia de los ciclos, los altos coeficientes de intercambio, la baja potencia requerida por la bomba en un sistema de recirculación de líquido, la habilidad para proveer una cierta capacidad de refrigeración con tuberías más pequeñas, su tolerancia la gua, la facilidad de detención de fugas, además el amoniaco es adaptable a condensadores evaporativos que pueden reducir la temperatura de condensación. Lógicamente el amoniaco tiene sus desventajas.



77

3.14.3 USOS Y PORQUE DEL AMONIACO. El amoniaco se usa principalmente en grandes sistemas industriales que

frecuentemente cubren aéreas extensas y operan a temperaturas bajas, no es un accidente que el amoniaco domine estas aplicaciones.

1. COSTO BAJO: Debido a que estas plantas son grandes y requieren cargas de

miles de Kgs. El costo del refrigerante es un factor importante. 2. EFICIENCIA ALTA: Debido a la alta eficiencia del ciclo y a los altos

coeficientes de transferencia de calor, un sistema de amoniaco puede operar económicamente; en las grandes instalaciones se presta mucha atención al costo de la energía eléctrica.

3. BAJA POTENCIA PARA EL BOMBEADO DEL LÍQUIDO: Debido a que la mayoría de los sistemas industriales usan recirculación del líquido, el amoniaco tiene la ventaja de que requiere menos energía en la bomba.

4. FACILIDAD PARA LA DETENCCION DE FUGAS: El amoniaco al poseer un olor fuerte facilita la detención de fugas de refrigerante y corregirlas rápidamente.

5. MAYOR TOLERANCIA A LA CONTAMINACION CON EL AGUA: La entrada de agua a un sistema grande es casi inevitable y una cantidad moderada de agua en amoniaco no causa problemas.

6. COMPORTAMIENTO FAVORABLE CON ACEITE: Debido a que el aceite y el amoniaco se separan, el aceite que se acumula en los componentes del lado de baja presión puede ser drenado fácilmente.

7. MENORES DIAMETROS DE TUBOS: Tubos más chicos se pueden utilizar con amoniaco por lo tanto, el costo de las tuberías con una planta grande es menor o la caída de presión del refrigerante es menor para un mismo tamaño de los tubos.

8. EL AMONIACO NO CAUSA LA DESTRUCCION DE LA CAPA DE OZONO O CALENTAMIENTO GLOBAL: Una razón importante por la que el amoniaco ahora se considera como un reemplazo para los CFCs es que el amoniaco es benigno al medio ambiente.

3.15 COSTO DEL REFRIGERANTE. El amoniaco es el refrigerante más barato en la actualidad. Eso es debido a que la

mayor aplicación de este no es la refrigeración, si no en usos agrícolas, por lo que le costo para la refrigeración es bastante modesto. El precio cuando es comprado en grandes volúmenes oscila entre 0.55 y 0.75 USD por Kg. Este precio representa aproximadamente un sexto del precio del R-22. Los refrigerantes nuevos excesivamente caros (están entre 11 y 18 USD por Kg) por esta razón el costo de la carga inicial de refrigerante y el costo de reposición de refrigerante perdido es mucho más caro que con amoniaco.

Las diferentes propiedades termodinámicas de los refrigerantes resultan en ciclos

con eficiencia diferentes. Es muy común escuchar decir que el amoniaco es el refrigerante más eficiente. Esto lo es muy probablemente para la refrigeración industrial.



78

Pero en el caso del HCFC-123 en su ciclo ideal es mucho más eficiente que el amoniaco, la inconveniencia de este refrigerante es que tiene que ser manejado a altas presiones y únicamente es utilizado en compresores centrífugos.

3.16 ESTABLECIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO.

Con base en formulas empíricas establecidas por los fabricantes, debido a su

experiencia laboral; se obtienen los siguientes modelos matemáticos empíricos para establecer las condiciones de trabajo, es decir las temperaturas a las cuales va a trabajar el ciclo de refrigeración, temperatura de descarga y temperatura de succión.

Enfriado por Aire. Enfriado por agua.

1. Para la Temperatura de Succión, utilizaremos 10 0F; por lo tanto:

Utilizando el modelo matemático para transformar de 0F a 0C, tenemos:

2. Para la temperatura de descarga, utilizaremos 15 0F; por lo tanto:

Utilizando el modelo matemático para transformar de 0F a 0C, tenemos:

Ya teniendo las condiciones de trabajo, procederemos a ubicarlas en los

diagramas de Moolier correspondientes a los refrigerantes que vamos a comparar la realizar una buena selección del refrigerante; el cual utilizaremos para lograr el objetivo del proyecto.



79

Para poder hacer una muy buena selección de nuestro refrigerante, realizaremos un análisis comparativo entre cuatro refrigerantes R-22, Amoniaco, R-12 y R-134a.

3.17 CALCULO DE LOS DIEZ PARAMETROS PARA EL R-22 Ya calculadas las condiciones de trabajo en los diagramas de Moolier, se procede

a trazar el ciclo termodinámico de refrigeración; para calcular los diez parámetros que a continuación mencionaremos:

1) Niveles de Presión: Alta presión y Baja presión (NP), en lbs / in2 o MPa; estos

niveles los encontramos directamente del diagrama de Moolier. 2) Relación de compresión: (RC), . 3) Efecto Refrigerante: (ER), (BTU/lb), (Kcal/kg). 4) Gasto Másico: (WR), (lb/min) ,(kg/min). 5) Potencia del Compresor: (Pc), (HP). 6) Coeficientes de Rendimiento: (CR), . 7) Temperatura de Descarga al Compresor: Esta temperatura la determinamos

del diagrama de Moolier (°F), (°C). 8) Volumen desplazado por la máquina: (Vd), (CFM), (m3/min).

9) Velocidad de la máquina: (n), (rpm).

10) Desprendimiento de calor en el Condensador: (-QC), (BTU / Hr) ,(Kcal / Hr).

1.- Niveles de Presión: Los niveles de presión, es un parámetro el cual nos define

las presiones criticas bajo las cual va a trabajas nuestro sistema. 2.- Relación de Compresión: Es la relación que hay entre los niveles de presión

bajo los cuales trabaja nuestro sistema y nos ayuda a determinar cuántas veces se va a comprimir el volumen total de refrigerante que va a utilizar nuestro sistema.

3.- Efecto Refrigerante: Es la capacidad que tiene el refrigerante para absorber la carga térmica total que se desprende dentro del espacio por refrigerar.

4.- Gasto Másico: Es la cantidad de refrigerante que vamos a utilizar o es necesaria para realizar el ciclo.

5.- Potencia del Compresor: Potencia que debe de tener el compresor para admitir, comprimir y descargar el refrigerante.

6.- Coeficiente de Rendimiento: Es el coeficiente que nos permite saber si el proyecto que tan factible es.

7.- Temperatura de Descarga: Temperatura que a tener el compresor en la descarga.

8.- Volumen desplazado por la máquina: Es el volumen que desplazará el compresor.

9 Velocidad de la máquina: Los revoluciones por minuto con el que va a trabajar el compresor.

10: .- Desprendimiento de calor en el Condensador: Calor latente que va a disipar el condensador.



80

Para el R-22 tenemos lo siguiente: Trazando el ciclo con y una en

diagrama de Moolier del refrigerante R-22 obtenemos los siguientes valores:

PUNTO P (psia) P (MPa)

h (BTU/lb) h (KJ/kg)

1 50 0.34

----- 97 225

2 50 0.34

1.07 0.0666

172 400

3 130 0.89

----- 183 425

4 130 0.89

----- 97 225

NOTA: EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER SE OBTIENE LA DENSIDAD PARA OBTENER EL VOLUMEN DE SUCCION TENEMOS QUE REALIZAR UNA CONVERSION DE LA SIGUIENTE MANERA:

1.- NIVELES DE PRESION. AP = 130 psia=0.89 MPa BP = 50 psia=0.30 MPa 2.- RELACION DE COMPRESION.

3.- EFECTO REFRIGERANTE.

4.- FLUJO MASICO.

5.- POTENCIA DEL COMPRESOR.



81

6.- COEFICIENTE DE RENDIMIENTO.

7.- TEMPERATURA DE DESCARGA.

8.- VOLUMEN DESPLAZADO POR EL COMPRESOR.

La eficiencia volumétrica se extrae del catalogo de los fabricantes con

9.- VELOCIDAD DEL COMPRESOR.

Este parámetro no lo vamos a calcular ya que al seleccionar el equipo el fabricante nos dará la velocidad del compresor, este parámetro se calcula solo si se diseñan compresores. El cálculo se hace con el siguiente modelo matemático.

10.- CANTIDAD DESPRENDIDA POR EL CONDENSADOR.

Figura 42: Diagrama de flujo del sistema de refrigeración por compresión de vapores utilizando el R-22 y el condensador enfriado por aire.



82



83

Para el Amoniaco tenemos lo siguiente: Trazando el ciclo con y una en

diagrama de Moolier del refrigerante Amoniaco obtenemos los siguientes valores:



1 50 0.34

----- -310 -710

2 50 0.34

5.53 2.9

220 500

3 90 0.62

----- 250 600

4 90 0.62

----- -310 -710




4.- FLUJO MASICO.




84




La eficiencia volumétrica se extrae de la tabla y nos da

9.- VELOCIDAD DEL COMPRESOR.

Este parámetro no lo vamos a calcular ya que al seleccionar el equipo el fabricante nos dará la velocidad del compresor, este parámetro se calcula solo si se diseñan compresores. El cálculo se hace con el siguiente modelo matemático.


Figura 43: Diagrama de flujo del sistema de refrigeración por compresión de vapores utilizando el

Amoniaco y el condensador enfriado por aire.



85



86

Para el R-12 tenemos lo siguiente: Trazando el ciclo con y una en

diagrama de Moolier del refrigerante R-12 obtenemos los siguientes valores:



1 45 0.31

----- 30 69.61

2 45 0.31

0.85 0.052

81 188

3 102 0.70

----- 89 206.56

4 102 0.70

----- 30 69.61





87


4.- FLUJO MASICO.





La eficiencia volumétrica se extrae de la tabla y nos da

9.- VELOCIDAD DEL COMPRESOR. Este parámetro no lo vamos a calcular ya que al seleccionar el equipo el fabricante nos dará la velocidad del compresor, este parámetro se calcula solo si se diseñan compresores. El cálculo se hace con el siguiente modelo matemático.




88


R-12 y el condensador enfriado por aire.



89



90

Para el R-134a tenemos lo siguiente: Trazando el ciclo con y una en

diagrama de Moolier del refrigerante R-134a obtenemos los siguientes valores:



1 34.81 0.24

----- 101.24 235

2 34.81 0.24

1.33 0.083

168.03 390

3 82.69 0.57

----- 180.95 420

4 82.69 0.57

----- 101.24 235


1.- NIVELES DE PRESION. AP = 82.69 psia=0.57 MPa BP = 34.81 psia=0.24 MPa 2.- RELACION DE COMPRESION.



91


4.- FLUJO MASICO.





La eficiencia volumétrica se extrae de la tabla del fabricante y nos da

9.- VELOCIDAD DEL COMPRESOR. Este parámetro no lo vamos a calcular ya que al seleccionar el equipo el fabricante nos dará la velocidad del compresor, este parámetro se calcula solo si se diseñan compresores. El cálculo se hace con el siguiente modelo matemático.




92


R-134a y el condensador enfriado por aire.



93



94

En nuestro caso, utilizaremos un sistema indirecto, ya que el espacio que vamos a refrigerar, va a ser enfriado por aire que es el refrigerante se secundario en un sistema indirecto, como se muestra en la siguiente figura:

Figura 45: Diagrama de flujo del sistema indirecto de refrigeración para conservar manzanas a

32°F=0°C utilizando el R-22 como refrigerante primario, el aire refrigerante secundario y el condensador enfriado por aire.

3.18 INTERPRETACION DEL ANALISIS COMPARATIVO DE LOS

REFRIGERANTES De acuerdo con la tabla anterior y comparando los resultados arrojados por el

análisis comparativo, podemos seleccionar nuestro refrigerante; para nuestro caso ocuparemos el refrigerante R-22, porque es un refrigerante comercial y no es toxico como lo mencionamos anteriormente, tiene un buen ER en comparación con el R-12 y el R-134 a, pero no se compara con el ER del amoniaco, ya que este es un refrigerante para procesos industriales y nuestro proceso es comercial por la cantidad de carga térmica a eliminar. En cuanto al trabajo del compresor podemos apreciar que es muy bajo en comparación con los otros refrigerantes excepto el Amoniaco, que es menor y la eficiencia económica es razonable para este propósito.



95

Parámetro R-22 Amoniaco R-12 R-134a AP (psia)

(MPa) BP (psia)

(MPa)

130 0.85 50 0.3

90 0.62 50

0.34

102 0.70 45

0.31

82.69 0.57

34.81 0.24

Rc 2.6 1.8 2.26 2.37 ER (BTU/lb)

(KJ/kg) 75

175 530

1 210 51

118.39 66.79 155

m (lb/Hr) (kg/Hr)

2 240 1 018.18

316.98 144.08

3 294 1 497.32

2 515.34 1 143.33

Pc (HP) 9.67 3.74 10.35 12.76 CR 6.8 17.66 6.37 5.16

Tdescarga (°F) (°C)

99 37

99 37

99 37

99 37

Vd (ft3/min) (m3/min)

52.41 1.48

31.25 0.88

64.27 1.81

76.79 2.17

n (rpm) ----- ----- ----- ----- -Qcondensdor (BTU/Hr)

(Kcal/Hr) 192 640

48 545.28 177 508.8 44 732.21

194 346 48 975

200 497.75 50 525.43

Tabla 11: En esta tabla se muestra el resultado de los cálculos de los diez parámetros que se calculan para la selección del equipo con el refrigerante R-22.



96

3.19 SELECION DE EQUIPO. En esta sección nos dedicaremos a la selección de equipo, en este proyecto

utilizaremos equipo bohn.

Para hacer una correcta selección de equipo es necesario saber que cantidad de BTU/Hr o toneladas vamos a retirar de nuestro espacio, esto sale gracias al balance térmico que realizamos en capítulos anteriores.

Tomando en cuanta el balance térmico realizado anteriormente:

Se va a dar un FS=10% y por lo tanto nos da sabiendo que 1TR= 12 000 BTU/hr nos da las siguientes toneladas de refrigeración totales del ciclo.

Ya que tenemos la cantidad de calor que necesitamos abatir de nuestro espacio a refrigerar, procedemos a la selección de equipo.

Ya que 14TR es igual a 168,000 BTU/Hr, procedemos a revisar los catálogos de nuestro fabricante que en este caso es BOHN, y podemos observar que los parámetros en los cuales estamos buscando nuestro evaporador son los correctos.

En este caso utilizaremos un Evaporadores Bohn modelo BHA 1900 con una capacidad de 190,000 BTU/Hr.

MODELO BHA.

Modelo BHA: Son evaporadores grandes ideales para aplicaciones de grandes capacidades para refrigeración o congelación. Con su diseño del serpentín termo-flex patentado con garantía de 5 años contra fugas en las cabeceras, estos evaporadores grandes proporcionan una operación confiable y eficiente. Dentro de sus características incluye un gabinete en aluminio pulido, motores a 850 rpm silenciosos y confiables, provistos con cable para la válvula solenoide de líquido de rápida instalación, válvula pivote en la succión para una medición más fácil de la presión de succión. También, seguros o prisioneros sobre las cubiertas de acceso para facilidad en el servicio evitando la pérdida de tornillos y tuercas. Los modelos BHA también cuentan con un tablero terminales estandarizado que facilita las conexiones eléctricas o cableado en el campo.

Las opciones incluyen motores totalmente cerrados, collares para tiro de aire largo para aplicaciones industriales y de grandes cuartos fríos.



97



98

Ahora procedemos a seleccionar nuestro equipo paquete o unidad condensadora.

Ya que el balance térmico nos dio de 168,000btu/hrs, con este mismo dato seleccionamos nuestro equipo paquete.

En este caso seleccionaremos una Unidad Condensadora semi-hermética discus modelo B*V2500H2 con una capacidad de 189,200 btu/hrs.

MODELOS BBV/BLV (12 A 40 HP).

Las unidades condensadoras modelos BBV/BLV están diseñadas para satisfacer las necesidades de la demanda del mercado de la refrigeración comercial e industrial. Estas unidades cuentan con un diseño y construcción muy flexibles que le permiten responder a los requisitos o necesidades de los contratistas de refrigeración, ingenieros, consultores y operadores. Su diseño incorpora a los condensadores enfriados por aire BRH altamente confiables cuya tecnología del serpentín de tubos flotantes patentado e incorporado en el producto proporciona una garantía altamente confiable contra fugas en las cabeceras por un periodo de 5 años. Las unidades van equipadas con el compresor Discus de Copeland cargado con aceite sintético poliolester de viscosidad 150 SSU.

El producto cuenta con muchas ventajas y/o características las cuales fueron incorporadas usando la retroalimentación de varios contratistas y proyectistas en refrigeración.

Aplicaciones Alta/Media y Baja Temperatura, Refrigerantes R – 22 Y

R – 404A/507.

Figura 46: Foto del condensador MODELOS BBV/BLV (12 A 40 HP).

.



99



100

Para finalizar, los evaporadores y las unidades condensadoras deben de quedar siempre en equilibrio, por ejemplo:

Evaporador: 190,000BTU/HRS ; Condensador: 189,200BTU/HRS.

En este caso seleccionamos equipos que su capacidad casi fuera la misma.

Figura 47: Isométrico del equipo instalado en el frigorífico dentro de infraestructura son sus líneas de

baja y alta presión y temperatura.



101

Figura 48: Vistas en de planta y elevación del equipo instalado en el frigorífico dentro de

infraestructura son sus líneas de baja y alta presión y temperatura.



102

CAPITULO 4

“PROGRAMA DE

MANTENIMIENTO”



103

CAPITULO 4: “PROGRAMA DE MANTENIMIENTO”.

4.1.-BREVE HISTORIA DE LA ORGANIZACIÓN DEL MANTENIMIENTO

La necesidad de organizar adecuadamente el servicio de mantenimiento con la introducción de programas de mantenimiento preventivo y el control del mantenimiento correctivo hace ya varias décadas en base, fundamentalmente, al objetivo de optimizar la disponibilidad de los equipos productores.

Posteriormente, la necesidad de minimizar los costos propios de mantenimiento acentúa esta necesidad de organización mediante la introducción de controles adecuados de costos.

Más recientemente, la exigencia a que la industria está sometida de optimizar todos sus aspectos, tanto de costos, como de calidad, como de cambio rápido de producto, conduce a la necesidad de analizar de forma sistemática las mejoras que pueden ser introducidas en la gestión, tanto técnica como económica del mantenimiento. Es la filosofía de la terotecnología. Todo ello ha llevado a la necesidad de manejar desde el mantenimiento una gran cantidad de información.

4.2.-MANTENIMIENTO

La labor del departamento de mantenimiento, está relacionada muy estrechamente en la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la maquinaria y herramienta, equipo de trabajo, lo cual permite un mejor desenvolvimiento y seguridad evitando en parte riesgos en el área laboral.

4.3.- CLASIFICACION DEL MANTENIMIENTO.

4.4.-Mantenimiento Preventivo

Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de rebajar el correctivo y todo lo que representa. Pretende reducir la reparación mediante una rutina de inspecciones periodicas y la renovación de los elementos dañados, si la segunda y tercera no se realizan, la tercera es inevitable.



104

4.5.-Mantenimiento Predictivo

Este tipo de mantenimiento se basa en predecir la falla antes de que esta se produzca. Se trata de conseguir adelantarse a la falla o al momento en que el equipo o elemento deja de trabajar en sus condiciones óptimas. Para conseguir esto se utilizan herramientas y técnicas de monitores de parametros físicos.

4.6.-Mantenimiento Productivo Total (T.P.M.)

Mantenimiento productivo total es la traducción de TPM (Total Productive Maintenance). El TPM es el sistema Japonés de mantenimiento industrial la letra M representa acciones de MANAGEMENT y Mantenimiento. Es un enfoque de realizar actividades de dirección y transformación de empresa. La letra P está vinculada a la palabra "Productivo" o "Productividad" de equipos pero hemos considerado que se puede asociar a un término con una visión más amplia como "Perfeccionamiento" la letra T de la palabra "Total" se interpresta como "Todas las actividades que realizan todas las personas que trabajan en la empresa"

4.7.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS.

Mantenimiento Preventivo

Ventajas:

Se se hace correctamente, exige un conocimiento de las máquinas y un tratamiento de los históricos que ayudará en gran medida a controlar la maquinaria e instalaciones.

El cuidado periódico conlleva un estudio óptimo de conservación con la que es indispensable una aplicación eficaz para contribuir a un correcto sistema de calidad y a la mejora de los contínuos.

Reducción del correctivo representará una reducción de costos de producción y un aumento de la disponibilidad, esto posibilita una planificación de los trabajos del departamento de mantenimiento, así como una previsión de l.los recambios o medios necesarios.

Se concreta de mutuo acuerdo el mejor momento para realizar el paro de las instalaciones con producción.

Desventajas:

Representa una inversión inicial en infraestructura y mano de obra. El desarrollo de planes de mantenimiento se debe realizar por tecnicos especializados.



105

Si no se hace un correcto análisis del nivel de mantenimiento preventivo, se puede sobrecargar el costo de mantenimiento sin mejoras sustanciales en la disponibilidad.

Los trabajos rutinarios cuando se prolongan en el tiempo produce falta de motivación en el personal, por lo que se deberan crear sistemas imaginativos para convertir un trabajo repetitivo en un trabajo que genere satisfacción y compromiso, la implicación de los operarios de preventivo es indispensable para el éxito del plan.

Mantenimiento Predictivo

Ventajas

La intervención en el equipo o cambio de un elemento.

Nos obliga a dominar el proceso y a tener unos datos técnicos, que nos comprometerá con un método cientifico de trabajo riguroso y objetivo.

Desventajas

La implantancion de un sistema de este tipo requiere una inversion inicial importante, los equipos y los analizadores de vibraciones tienen un costo elevado. De la misma manera se debe destinar un personal a realizar la lectura periodica de datos.

Se debe tener un personal que sea capaz de interpretar los datos que generan los equipos y tomar conclusiones en base a ellos, trabajo que requiere un conocimiento técnico elevado de la aplicación.

Por todo ello la implantación de este sistema se justifica en máquina o instalaciones donde los paros intempestivos ocasionan grandes pérdidas, donde las paradas innecesarias ocasionen grandes costos.

Mantenimiento Productivo Total (T.P.M.)

Ventajas

Al integrar a toda la organización en los trabajos de mantenimiento se consigue un resultado final más enriquecido y participativo.

El concepto está unido con la idea de calidad total y mejora continua.

Desventajas

Se requiere un cambio de cultura general, para que tenga éxito este cambio, no puede ser introducido por imposición, requiere el convencimiento por parte de todos los componentes de la organización de que es un beneficio para todos.



106

La inversión en formación y cambios generales en la organización es costosa. El proceso de implementación requiere de varios años.

4.8 MANTENIMIENTO DE EQUIPOS.

Mantenimiento Evaporadores.

Todos los evaporadores deben revisarse una vez al mes o más a menudo para obtener un deshielo adecuado, debido a que la cantidad y tipo de escarcha puede variar considerablemente.

Lo anterior depende de la temperatura de la cámara, el tipo de producto a almacenado, de la frecuencia de almacenaje del producto nuevo en la cámara y del porcentaje en tiempo que la puerta este abierta. Puede ser necesario cambiar periódicamente el número de ciclos de deshielo o ajustar la duración del deshielo.

Unidades Condensadores/Evaporadores.

Bajo condiciones normales, el mantenimiento debe cubrir los siguientes puntos por lo menos una vez cada 6 meses:

1.- Revise y apriete TODAS las conexiones eléctricas.

2.- Revise todo el cableado y aislamientos.

3.- Revise el correcto funcionamiento de los contactores y el desgaste de los puntos de contacto.

4.- Revise todos lo monitores de los ventiladores. Ajuste los pernos de montaje del motor / tuercas y ajustar los tornillos posicionamiento del ventilador.

5.- Limpie la superficie del serpentín del condensador.

6.-Revise el nivel del aceite y refrigerante del sistema.

7.- Revise el funcionamiento del sistema de control.

8.- Revise que todos los controles de deshielo estén funcionando adecuadamente.

9.- Limpie la superficie del serpentín del evaporador.

10.- Limpie la charola de drenado y revise que se tenga el correcto drenado en la charola y en la línea.

11.- Cheque la resistencia de la tubería del dren para una operación adecuada, cortarla del tamaño requerido y fijarla adecuadamente.

12.- Revise y apriete todas las conexiones tipo flare.

A continuación se muestran algunos de los problemas más comunes que se presentan en los evaporadores, así como la causa del mismo y su medida correctiva.



107

Tabla de posibles fallas del evaporador y su solución.

PROBLEMA. CAUSAS POSIBLES. MEDIDAS CORRECTIVAS POSIBLES.

El o los ventiladores no funcionan.

1.- interruptor principal abierto.

2.- fusibles fundidos.

3.- motor defectuoso.

4.-reloj o termostato de deshielo defectuoso.

5.- esta deshielando el evaporador.

6.- el serpentín no se enfría lo suficiente para restablecer el termostato.

1.- cierre el interruptor.

2.- reemplace los fusibles. Revise si hay algún corto circuito o condiciones de sobrecarga.

3.-reemplace el motor.

4.- reemplace el componente defectuosos.

5.- espere a que se complete el ciclo.

6.- ajuste el termostato del retardador del ventilador.

Temperatura del cuarto demasiado alta.

1.- calibración demasiado alta del termostato de cuarto.

2.- sobrecalentamiento demasiado alto.

3.- sistema bajo de refrigerante.

4.- serpentín bloqueado o escarchado.

1.- ajuste el termostato.

2.- ajuste la válvula de expansión termostática.

3.- agregue refrigerante.

4.- deshiele el serpentín manualmente. Revise que los controles de deshielo funcionen correctamente.

Acumulación de hielo en el techo, alrededor del evaporador y/o guardas del

1.- duración de deshielo demasiado largo.

2.- el retardador del

1.- ajuste el termostato de terminación de deshielo.

2.-termostato de deshielo



108

ventilador, venturi y hojas del ventilador.

ventilador no retarda los ventiladores después del periodo de deshielo.

3.- reloj o termostato de deshielo defectuoso.

4.- demasiados deshielos.

defectuoso o mal ajustado.

3.- reemplace el componente defectuoso.

4.- reduzca el número de deshielos.

Serpentín escarchado o bloqueado durante el ciclo de deshielo.

1.- la temperatura del serpentín no alcanza una temperatura superior al punto de congelación durante el deshielo.

2.- insuficientes ciclos de deshielo por día.

3.-ciclo de deshielo demasiado cortó.


1.- revise el funcionamiento de la resistencia.

2.- ajuste el reloj para más coclos de deshielo.

3.- ajuste el termostato e deshielo o reloj para ciclos más largos.

4.- reemplace el componente

Defectuoso.

PROBLEMA CAUSAS POSIBLES MEDIDAS CORRECTIVAS POSIBLES.

Acumulación de deshielo en la charola de drenado.

1.- resistencia defectuosa.

2.- inadecuada inclinación de la unidad.

3.- línea de drenado tapada.

4.- resistencia de la línea de drenado defectuosa.


1.- reemplace la resistencia.

2.-revise y ajuste si es necesario.

3.- limpie la línea de drenado.

4.- reemplace la resistencia.

5.- reemplace el componente defectuoso.

Congelación del serpentín inesperada.

1.- resistencia defectuosa.

2.- localización del evaporador muy próxima a la puerta o entrada.

1.- cambie la resistencia.

2.- reubique el evaporador.



109

Como pudimos ver, lo anterior fue solo una pequeña introducción a las fallas mas comunes en los sistemas de refrigeración, si necesita mas información acudir a los manuales que el fabricante proporciona así como con gente capacitada para dichos eventos.

3.- ajuste del deshielo bajo del tiempo de terminación del deshielo.

4.- no tiene la esprea del distribuidor o no es la correcta.

3.- suba más alto el ajuste del control de terminación del deshielo.

4.- agregue la esprea o reemplácela por la del orificio adecuado para las condiciones.



110

CONCLUSIONES.

Se ha realizado un amplio estudio pero a la vez tremendamente breve para visualizar a los refrigerantes del ayer y como han llegado al día de hoy y que se espera para el día de mañana de ellos.

En estas paginas de pretende comparar a los refrigerantes de hoy y los que se utilizaban anteriormente para verificar los beneficios de los refrigerantes actuales tienen en relación con los usados antiguamente. Podemos observar que el propósito de los nuevos refrigerantes es la disminución de la destrucción del medio ambiente y que actualmente se ha tomado muy en serio este fenómeno que tienen los refrigerantes sobre la capa de ozono de nuestro planeta y el calentamiento global que estos producen, es por eso que hoy en día los científicos especialistas en el área de la refrigeración trabajan en la producción de formulas químicas para los refrigerantes que disminuyan el deterioro a estos problemas que perjudican a toda la humanidad.

El tema da para mucho mas como para describirlo en estas pocas páginas, sin embargo es pretendiente que con esta tesis curricular que aquel que la lea, se le amplié el panorama de lo que hoy por hoy es la tendencia de los refrigerantes modernos.



111

BIBLIOGRAFIA.

TITULO: Ingeniería del frío: teoría y práctica EDICION: 2001 AUTOR: M. T. Sánchez Pineda TITULO: Instalaciones Frigoríficas. Tomo 2 EDICION: 2ª AUTOR: Rapin P. J. / Jacquard P. TITULO: Tecnología de la Refrigeración y Aire Acondicionado. EDICION: 2005 AUTOR: W.C. Whitman/W.M. Johnson TITULO: Serie Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado. EDICION: 1999 / 2003 AUTOR: Carrier / Mcquiston TITULO: Principios y Sitemas de Refrigeracion. EDICION: 2006 AUTOR: Pita, Edward G. TITULO: Introducción a la termodinámica. EDICION: 2005 AUTOR: Alcantara Montes. TITULO: Termodinámica. EDICION: 4ª AUTOR: Yunnus A, Cengel. / Michael A. Boles.

TITULO: Apuntes del Ing. Agustín López Maldonado. EDICION: 2006 AUTOR: Ing. Agustín López Maldonado.



112

ANEXOS



113

TABLA 1:



114

TABLA 2:



115

TABLA 3:



116

TABLA 4:

CORRECCIÓN DE TEMPERATURAS POR EFECTO SOLAR.

TIPO DE SUPERFICIE

Pared Este. Pared

Sur. Pared Oeste.

Pared

Plano.

( °F que se añaden a la diferencia de temperaturas normal en los cálculos de transmisión de calor para

compensar el efecto solar. )

SUPERFICIES DE COLOR MEDIO OSCURO.

Madera sin pintar. 6 4 6 15

Ladrillo.

Losa roja.

elemento obscuro.

Pintura roja, gris o verde

SUPERFICIES DE COLOR OBSCURO

Techo de arcilla negra 8 5 8 20

Techo de chapopote

Pintura negra

SUPERFICIES DE COLOR CLARO

Piedra blanca 4 2 4 9

Cemento de color claro

Pintura blanca



117

TABLA 5:

AUMENTOS DE TEMPERATURA SOBRE LAS CONDICIONES EXTERIORES RECOMENDABLES PARA EL CÁLCULO DEL EFECTO SOLAR.

TIPO DE SUPERFICIE ΔT (°F )

Para muros claros al oriente. 15

Para muros claros al poniente. 30

Para muros claros al sur. 20

Para ventanas al oriente. 25

Para ventanas al poniente. 40

Para ventanas al sur. 50

Para techos horizontales claros. 45

Para tragaluces horizontales. 69

Los valores anteriores corresponden a climas templados, para lugares extremosos aumentar el 20% al 30% de los valores tabulados y para colores claros de 15% al 25%.

TABLA 6:

CALOR DISIPADO POR LOS MOTORES ELÉCTRICOS

HP DEL MOTOR

BTU por (HP) (hora)

Motor y ventilador dentro del

cuarto

Motor fuera y ventilador

dentro Motor dentro y ventilador fuera

1/8 a 1/2 4250 2545 1700

1/2 a 3 3700 2545 1150

3 a 20 2950 2545 400



118

TABLA 7:

TABLA 8:

COEFICIENTES DE TRANSMISIÓN DE CALOR

Material Densidad Temperatura media

Conductividad Conductancia Resistividad

Por pulgada Total Materiales de construcción Concreto, arena y grava 140 12 0.06 Ladrillo común 120 75 5 0.2 Ladrillo de fachada 130 75 9 0.11 Ladrillo hueco de 2 caldos, 6" 75 0.66 1.52 Bloque de concreto, arena y grava, 8" 75 0.9 1.11 Bloque de concreto, cenizas, 8" 75 0.58 1.72 Yeso para estucar, arena 105 75 5.8 0.18

CALOR DISIPADO POR LAS PERSONAS DENTRO DEL ESPACIO REFRIGERADO

TEMPERATURA DEL REFRIGERADOR EN °F

CALOR DISIPADO/PERSONA

(BTU/hr)

50 720 40 840 30 950 20 1050 10 1200 0 1300

-10 1400 -20 1500 -30 1600



119

TABLA 9:

TABLA 10:

CALOR DISIPADO POR LAS PERSONAS

Temperatura del refrigerador en °F

Calor disipado por persona

50 720 40 840 30 950 20 1050 10 1200 0 1300

-10 1400

PROMEDIO DE CAMBIOS DE AIRE EN 24 HORAS PARA CAMARAS DE ALMACENAJE DEBIDO A LA APERTURA DE PUERTAS E INFILTRACIÓN

VOLUMEN CAMBIOS DE AIRE EN 24 horas

200 44.0 300 34.5 400 29.5 500 26.0 600 23.0 800 20.0

1,000 17.5 1,500 14.0 2,000 12.0 3,000 9.5 4,000 8.2 5,000 7.2 6,000 6.5 8,000 5.5

10,000 4.9 15,000 3.9 20,000 3.5 25,000 3.0 30,000 2.7 40,000 2.3 50,000 2.0 75,000 1.6

100,000 1.4



120

TABLA 11:

COEFICIENTES DE TRANSMISIÓN DE CALOR

MATERIAL

DENSIDAD ( Lb/ft )

TEMPERATURA

MEDIA ( °F )

CONDUCTIVIDAD

(k)

CONDUCTANClA

(C)

RESISTENCIA ( R )

( x Pulg )

Total

MATERIALES DE

CONSTRUCCIÓN.

Concreto, arena y grava.

140 12.0 0.08

Ladrillo comun. 120 75 5.0 0.20

Ladrillo de fachada.

130 75 9.0 0.11

Ladrillo hueco de 2 celdas,

6".

75 0.66 1.52

Bloque de concreto,

arena y grava, 8”.

75 0.90 I.II

Bloque de concreto,

ceniza, 8” .

75 0.58 1.72



121

Yeso, Arena. 105 75 5.6 0.18

MATERIAL DENSIDAD ( Lb/ft )

TEMPERATURA

MEDIA ( °F )

CONDUCTIVIDAD

(k)

CONDUCTANCIA

(C)

RESISTENCIA ( R )

( x Pulg )

Total

MATERIAL AISLANTE

Capa de lana mineral

0.5 75 0.32 3.12

Capa de fibra de vidrio

0.5 75 0.32 3.12

Placa de corcho

6.5 - 8.0 O 0.25 4.0

Placa de fibra de vidrio

9.5 - 11.0 -16 0.21 4.76

Uretano expandido, R-II

O 0.17 5.88

Poliestireno Expandido

1.0 O 0.24 4.17

Placa de lana mineral

15.0 O 0.25 4.0

Cubierta de techo aislante,

2"

75 0.18 5.56


TEMPERATURA

MEDIA ( °F )

CONDUCTIVIDAD

(k)

CONDUCTANClA

(C)

RESISTENCIA ( R )

( x Pulg )

Total

Relleno suelto de lana mineral

2.0 - 5.0 O 0.23 4.35



122

Perlita expandida

5.0 - 8.0 O 0.32 3.12


TEMPERATURA

MEDIA ( °F )

CONDUCTIVIDAD

(k)

CONDUCTANClA

(C)

RESISTENCIA ( R )

( x Pulg )

Total

TECHOS

Techos de asbesto - cemento 120 75 4.76 0.21

Asfalto en rollo para techos 70 75 6.50 0.15

Techo prefabricado 3.8" 70 75 3.0 0.33

Tejas de madera 75 1.06 0.94



123

GRAFICO No. 11



124

GRAFICO No. 12



125

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