Proyecto Refrigeración

5/16/2018 Proyecto Refrigeraci n - slidepdf.com

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INGENIERÍA MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

2011

DISEÑO Y SELECCIÓN DE UNTANQUE DE REFRIGERACIÓN

DE LECHE

Realizado por:

Byron Bermeo 5571

Wilinton Ortiz 5534

Iván Yaguana 5481




CONTENIDO

1. GENERALIDADES

1.1. Introducción

1.2. Justificación2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo General

2.2. Objetivo Específico

3. MARCO TEÓRICO

3.1. Antecedentes

3.2. Microbiología De La Leche

3.3. Propiedades De La Leche3.4. Propiedades Físicas De La Leche

3.5. Tratamientos De La Leche

3.5.1. Enfriamiento

3.6. Tanque reservorio de leche

3.6.1. Caracterististicas

3.6.2. Tipos de tanque de leche

3.6.3. Descripción de un tanque de leche3.7. Preenfriado de la leche

3.8. Temperatura de enfriado

3.9. Otros usos de un tanque de leche

4. SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

4.1. Sistemas de frío modernos

4.1.1. Ciclo de enfriamientos

4.2. Enfriamiento de expansión directa4.3. Enfriamiento con banco de hielo

5. METODO DE DISEÑO EMPLEADO

5.1. Enfriamiento de expansión directa

5.1.1. Refrigeración por compresión mecánica

6. DISEÑO METODOLÓGICO

6.1. Desarrollo de cálculos del diseño del tanque

6.1.1. Datos requeridos

6.2. Cálculo del flujo másico

6 3 C é i d l i d f i ió



6 3 C té i d l i t d f i ió


6.3.1. Carga térmica por producto

6.4. Cálculo de perdidas continuas en las paredes del cilindro

6.4.1. Cálculo del numero de Reynolds

6.4.2. Cálculo del área interna y externa del cilindro

6.4.3. Cálculo de resistencias

6.4.4. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor

6.4.5. Cálculo de Q en el cilindro

6.5. Cálculo de pérdidas continuas en las tapas

6.5.1. Cálculo del área

6.5.2. Cálculo de las resistencias

6.5.3. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor

6.5.4. Cálculo de Q en la tapa

6.6. Cálculo del coeficiente global total de transferencia de calor

6.7. Calor total del tanque

6.8. Transferencia de calor por Radiación y Convección

6.9. Calor total que fluye en el entorno

6.10. Cálculo de LMTD

6.11. Coeficiente interno de transferencia de calor por convección

7. CÁLCULOS Y DISEÑO DEL SERPENTÍN

7.1. Cálculos de resistencias en la tubería del serpentín

7.2. Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor (Uo)

7.3. Cálculo de la longitud del serpentín

8. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DEL REFRIGERANTE

8.1. Proceso de cambio de fase del refrigerante en el evaporador

8.2. Cálculo de la temperatura de evaporación

8.3. Cálculo de la masa del refrigerante8.4. Calor retirado por el refrigerante

9. BALANCE ENERGÉTICO

9.1. Balance de energía en el evaporador

9.2. Calculo de h3 en la válvula de expansión

9.3. Balance de energía en el condensador

9.4. Balance de energía en el compresor

9.5. Cálculo de QH 10. COEFICIENTE DE PERFOMANCE




10.1. Calculo de la eficiencia del refrigerador del sistema de

transferencia de calor (COP)

11. CALCULO DE LA POTENCIA MECÁNICA DEL COMPRESOR

12. SELECCIÓN DE EQUIPOS

12.1. Selección del compresor

12.2. Selección de la unidad Condensadora

12.3. Selección de la válvula de expansión

12.4. Selección del distribuidor refrigerante

13. CONCLUSIONES

14. RECOMENDACIONES

15. BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS




1. GENERALIDADES

1.1. Introducción.

La calidad microbiológica de las leches crudas depende en gran medida de su

carga bacteriana inicial y del tiempo que tarde en aplicarse la cadena de frío,los microorganismos son responsables de diversos cambios físicos yorganolépticos que se producen en la leche cruda, el único medio de prolongarla vida útil de la leche cruda manteniendo sus características originales espreviniendo ó inhibiendo el crecimiento de las bacterias lácticas causantes dela acidificación de la leche, es a través del enfriamiento. Debido a que la lechees un medio de crecimiento ideal para las bacterias, esta debe enfriarse tanrápido como sea posible. El crecimiento de las bacterias acidolácticas en laleche es posible inhibirlas utilizando la cadena de frío desde el sitio deproducción lechera, a través de un sistema práctico, eficiente, económico yajustado a los pequeños volúmenes de producción.

1.2. Justificación.

Debido a una gran demanda del consumo de Leche en esta ciudad y en loscantones aledaños a la misma, de donde, el producto es traído desde laszonas agropecuarias del sector rural para ser distribuido en grandescantidades, es necesario el diseño y la construcción de tanques deconservación, el cual abarque una gran cantidad del producto para poder evitarpérdidas por su descomposición.

Este tanque deberá ser diseñado con los estándares de calidad establecidospara dicho proyecto, los cuales se irán incorporando en el cálculo de loscomponentes de este tanque de almacenamiento para la conservación deleche.

2. OBJETIVOS.

2.1. Objetivo general.

Diseñar y evaluar un equipo de refrigeración de leche cruda para suutilización en el sitio de producción, ajustado a las condiciones deproducción lechera

2.2. Objetivo especifico.

Conocer los fundamentos de la teoría de la refrigeración mecánica pormedio de la compresión de vapor, los componentes del ciclo derefrigeración y el funcionamiento básico para poder tener un buen criteriotécnico en la selección de equipos para el enfriamiento de leche.




Determinar la operabilidad, eficiencia y eficacia del equipo, con el ánimode cuantificar y validar su desempeño.

3. MARCO TEÓRICO

3.1. Antecedentes

La temperatura es un factor importante en el mantenimiento de la calidad de losalimentos, así como del confort de personas y animales. En este tema nosreferiremos a la conservación de leche en tanques de refrigeración, indicandocuáles son las posibles ganancias o pérdidas de calor (cargas térmicas) que seproducen en las mismas.

La refrigeración como sistema de conservación alimentaria, especialmente dela leche cruda no es un tema nuevo. La industria láctea tiene definida lascondiciones de conservación de sus materias primas a través de tanques dealmacenamientos con doble pared (enchaquetados), entre las cuales se hacefluir agua con temperatura de entre 2 y 4°C, la que por transferencia térmicamantiene la leche almacenada en condiciones óptimas de conservación.

3.2. Microbiología de la leche

La microbiología está estrechamente relacionada con todos los sectores de la

industria lechera. Los principios microbiológicos son la base de las técnicas deproducción higiénica de la leche, dirigen muchos de los tratamientos para sutransformación industrial y son el fundamento de los métodos de conservaciónde los productos lácteos. La calidad de la leche y los productos lácteosdepende en gran parte de su microbiología. Un aspecto fundamental de lacalidad de la leche es su flora microbiana.

Desde el punto de vista cuantitativo, se considera que las leches con bajoniveles de población son de mejor calidad. Además del número, el tipo demicroorganismos presentes en la leche también influye tanto en el aspecto

higiénico como en el de la transformación. La leche, además de tener unacomposición química adecuada, tiene que ser de buena calidad higiénica; éstees un aspecto esencial para la salud pública, para la calidad de los productoslácteos y para que la leche pueda someterse a los distintos tratamientostecnológicos (Walstra 2001).

3.3. Propiedades de la leche

Características organolépticas.

Aspecto:La leche fresca es de color blanco aporcelanada, presenta una cierta



l ió d i L l h d d


Olor:

Cuando la leche es fresca casi no tiene un olor característico, pero adquierecon mucha facilidad el aroma de los recipientes en los que se la guarda; unapequeña acidificación ya le da un olor especial al igual que ciertos

contaminantes.Sabor:

La leche fresca tiene un sabor ligeramente dulce, dado por su contenido delactosa. Por contacto, puede adquirir fácilmente el sabor de hierbas.

3.4. Propiedades físicas de la leche

Densidad:

La densidad de la leche puede fluctuar entre 1.028 a 1.034 g/cm3

a unatemperatura de 15ºC; su variación con la temperatura es 0.0002 g/cm3 por cadagrado de temperatura.

La densidad de la leche varía entre los valores dados según sea lacomposición de la leche, pues depende de la combinación de densidades desus componentes, que son los siguientes:

Agua: 1.000 g/cm3. Grasa: 0.931 g/cm3. Proteínas: 1.346 g/cm3. Lactosa: 1.666 g/cm

3

. Minerales: 5.500 g/cm3.

La densidad mencionada (entre 1.028 y 1.034 g/cm3 ) es para una lecheentera, pues la leche descremada esta por encima de esos valores (alrededorde 1.036 g/cm3), mientras que una leche aguada tendrá valores menores de1.028 g/cm3.

PH de la leche:

La leche es de característica cercana a la neutra. Su pH puede variar entre 6.5

y 6.65Valores distintos de pH se producen por deficiente estado sanitario de laglándula mamaria, por la cantidad de CO2 disuelto; por el desarrollo demicroorganismos, que desdoblan o convierten la lactosa en ácido láctico; o porla acción de microorganismos alcalinizantes.

Acidez de la leche:

Una leche fresca posee una acidez de 0.15 a 0.16%. Esta acidez se debe enun 40% a la neotérica, otro 40% al aporte de la acidez de las sustanciasminerales, CO2 disuelto y acidez orgánicos; el 20% restante se debe a las

reacciones secundarias de los fosfatos presentes.

Una acidez menor al 15% puede ser debido a la mastitis al aguado de la leche



Una acidez menor al 15% puede ser debido a la mastitis, al aguado de la leche


Viscosidad:

La leche natural, fresca, es más viscosa que el agua, tiene valores entre 1.7 a2.2 centi poise para la leche entera, mientras que una leche descremada tieneuna viscosidad de alrededor de 1.2 cp.

La viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura hasta alrededor delos 70ºC, por encima de esta temperatura aumenta su valor.

Punto de congelación:

El valor promedio es de -0.54ºC (varía entre -0.513 y -0.565ºC). Como seprecia es menor a la del agua, y es consecuencia de la presencia de las salesminerales y de la lactosa.

Punto de ebullición:

La temperatura de ebullición es de 100.17ºC.Calor especifico:

La leche completa tiene un valor de 0.93 - 0.94 cal/gºC, la lechedescremada 0.94 a 0.96 cal/gºC.

3.5. Tratamientos de la leche

Después de recibida la leche en la planta industrial, es sometida a una serie detratamientos que dependerán del destino final de la misma. Estos tratamientosson:

Enfriamiento

Higienización

Homogeneización

Tratamiento térmico (Pasteurización)

Enfriamiento

La leche, luego de su recepción es enfriada a temperaturas de alrededor de

4ºC y almacenada a esta temperatura. Este enfriamiento se realiza en unintercambiador de color de placas (este equipo se describió en el tema depasteurización), utilizándose agua helada como fluido enfriador. Antes seusaba un enfriador de superficie (todavía se lo utiliza en algunas plantas).

3.6 Tanque reservorio de leche

En el marco de la producción lechera, un tanque de leche o enfriador de lechea granel es una tina de depósito empleada para enfriar y conservar la leche abaja temperatura hasta que ésta pueda ser retirada por un camión derecolección de leche.




3.6.1 Características

Generalmente fabricado en acero inoxidable y utilizado todos los días paraconservar en buenas condiciones la leche ordeñada; éste debe sercuidadosamente lavado tras la recolección. El tanque de leche puede

pertenecer al dueño del establecimiento (llamado también productor lechero) ode la industria láctea (empresa que se ocupa de la recolección y transformaciónde la leche). El tanque de leche es un elemento sumamente importante en eltambo.

3.6.2 Tipos de tanques de leche

El productor tiene la opción entre tanques abiertos (de 150 a 3000 L) ycerrados (de 1000 a 10.000 litros), ya sea de expansión directa o de reserva de

agua congelada. El precio puede variar de mucho, según las normas defabricación y si el tanque es comprado nuevo o de segunda mano.El tipo y la capacidad del tanque dependen de:

la cantidad de animales la cantidad de nacimientos de la frecuencia de la recolección de la leche de la calidad de leche deseada de la disponibilidad y los costos ligados a la energía y al agua de las posibilidades de desarrollo de la explotación lechera.

En los sistemas de expansión directa, la leche es enfriada por placas que estánen contacto directo con la tina interior del tanque. Con el sistema de reserva deagua congelada, la leche es enfriada cuando el agua congelada pasa por lapared interna del tanque. Los silos para leche (10.000 litros y más) sonutilizados por los grandes productores. Están concebidos para ser instaladosen el exterior, cerca del tambo. Todos los sistemas de comando y la entrada ysalida se encuentran en un ambiente cubierto y cerrado.

Normas de fabricación de tanques de lecheLas normas definen (entre otros criterios): el aislamiento, la agitación de la

leche, la potencia de enfriado, las tolerancias aceptables en las mediciones decantidad de leche, la calibración. Algunas normas son más exigentes que otras.1 el Standard ISO 5708 publicado en 1983.2 3A 13-10 actualizadas en 2003.3 EN 13732 publicadas en 2003.




3.6.3 Descripción de un tanque de leche

Un tanque de leche o enfriador de leche consiste en una tina interior y otraexterior, realizadas en acero inoxidable de calidad alimenticia. El tanque deexpansión directa, soldado en el interior, tiene un sistema (evaporador) deplacas y tubos en los que circula gas refrigerante (R22). Ese gas absorbe elcalor del líquido contenido en la tina (la leche). Los tanques de expansióndirecta se entregan con un compresor y una grilla de condensación en la que

también circula gas refrigerante. El mismo principio que para unrefrigerador/heladera (refrigeración por compresión).

El espacio entre las dos tinas está recubierto de una espuma de poliuretanoaislante. En el caso de tener problemas de electricidad y con una temperaturaexterior de 30º, el contenido no debería recalentarse a más de 1º por cada 24h. Para permitir un enfriado rápido y adecuado de la totalidad del contenido dela tina, cada tanque está equipado de al menos un agitador. La agitación de laleche permite que toda la leche en el interior de la tina quede homogénea y a la

misma temperatura. En lo alto del tanque cerrado hay un visor para suinspección y para la limpieza manual, si fuera necesario. Este visor estácerrado con una tapa hermética. Hay además dos o tres pequeñas aberturas:una de aireación, las otras pueden ser utilizadas para la introducción del cañoque introduce la leche del ordeñe en el tanque.

El tanque de leche reposa sobre 4, 6 u 8 patas ajustables. La tina exterior estáligeramente inclinada para permitir la total evacuación de la leche. En la parteinferior del tanque, hay una salida de vaciado, generalmente roscada con o sinválvula. Todos los tanques tienen un termómetro que permite verificar latemperatura del interior del tanque. La mayoría de los tanques tienen unsistema de lavado automático: se utilizan agua fría y caliente combinadas con



g y


interior, lo que permite conservar ese espacio limpio cada vez que el tanque esvaciado.

Casi todos los tanques disponen de una caja de comandos con un termostato

que controla el proceso de enfriado. La persona responsable puede poner enmarcha o detener el tanque, comandar la agitación de la leche, iniciar elproceso de lavado del interior del tanque y reiniciar el sistema. Los tanquesmás recientes y de gran capacidad están equipados con un sistema de controly alarma. Esos sistemas verifican la temperatura del interior del tanque, elfuncionamiento del agitador, el equipo de frío y la temperatura del agua delavado. En caso de mal funcionamiento, se dispara una alarma. Esos sistemaspueden además guardar en la memoria la temperatura y el mal funcionamientopor un determinado período.

3.7 Preenfriado de la lechePor razones de economía de energía y de calidad de leche, lo ideal espreenfriar la leche desde la salida de la ubre antes que entre al tanque,utilizando tubos de enfriado en los que circula agua fría proveniente de un pozoo de un reservorio de agua helada. Este sistema permite enfriarsignificativamente la leche antes de entrar al tanque.

3.8 Temperatura de enfriado

La temperatura normal de depósito de leche es de 3 o 4 ºC. Para la fabricaciónde queso de leche cruda, lo ideal es conservar la leche a 12 ºC de este modo,las características de la leche estarán mejor preservadas. El tanque de lechecasi nunca se llena completamente de una sola vez. Un tanque equipado parados ordeñes está concebido para enfriar el 50% de su capacidad de una solavez. Un tanque equipado para cuatro ordeñes está concebido para enfriar el25% de su capacidad de una sola vez y uno para seis ordeñes, un 16,7% de sucapacidad. La capacidad de enfriado depende de la cantidad de ordeñesnecesarios para llenar el tanque, de la temperatura ambiente y del tiempo de

enfriado.

El lavado automático es utilizado en todos los tanques cerrados. Este esactivado por el recolector de la leche, luego del vaciado del tanque. Un lavadoen caliente comprende las siguientes etapas:

1. Pre-lavado con agua fría2. Pre-lavado con agua caliente para calentar las paredes de la tina interior3. Proyección de una solución a base de detergente y agente esterilizante

a 50º C durante diez min

4. Enjuague con agua fría (en algunos caso, clorada)5. Enjuague final con agua potable fría6. Los tanques lavados con ácido deben ser tratados con productos para



q p p


3.9 Otros usos de un tanque de lecheLos tanques de leche son utilizados para calentar o enfriar un líquido ymantenerlo a temperatura constante. Por el hecho de ser de utilizaciónalimenticia y de acero inoxidable, prácticamente cualquier líquido puede ser

depositado: agua, Zumo, miel, vino, cerveza, tinta, pintura, cosméticos, aditivosalimentarios, cultivos bacterianos, líquidos de limpieza, aceite, sangre, etc.

4. SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

4.1 Sistemas de frío modernos

Los sistemas de frío modernos transfieren el calor de la leche vía agentesenfriantes tanto con agua o aire. Esta transferencia se hace a través de unapared separada, nunca hay un contacto directo con la leche. El refrigerante oagente enfriante absorbe el calor de la leche dentro del evaporador. Cadarefrigerante tiene su punto de ebullición. El rango de de enfriamiento dependedel diseño del equipo. La temperatura final depende del termostato o el flujo dela leche a través de las láminas enfriantes. La alta velocidad y el movimientoturbulento del líquido a lo largo de la pared mejorarán la tasa de transferenciadel calor.

4.1.1 Ciclo de enfriamiento

El ciclo de enfriamiento puede ser dividido en baja presión y alta presión.




Índice del dibujo de arriba

1. Compresor Una bomba de gas crea presión en el evaporador (bajatemperatura) y alta presión en el condensador (altatemperatura).

2. Presóstato Se usa principalmente para proteger la parte de condensaciónde la instalación. Si la presión llega muy alto, el presóstatopara el compresor. También se usa como protector contra labaja presión causada por el goteo del refrigerante como uninterruptor para parar el compresor al final del ciclo devaciado.

3. Condensador Es la parte donde se condensa el refrigerante. El calor del gasse libera en el aire y luego el gas se convierte en líquido.

4. Recibidorlíquido El lugar de almacenamiento del refrigerante. Si la instalaciónestá en funcionamiento el recibidor está casi vacío. Si lainstalación para y el sistema de vaciado está instalado, elrefrigerante se almacenará en el recibidor.

5. Filtro / Secado El filtro se usa para sacar todas las partes sólidas del líquido.El secador se usa para quitar la humedad del refrigerante.

6.Válvulasolenoide

En instalaciones con sistemas de bomba, esta válvula para elflujo del líquido al evaporador.

7. Visor Aporta la posibilidad de revisar si hay suficiente refrigerante

en la instalación.8. Válvula deexpansióntermostática

Aporta la misma cantidad de refrigerante, en forma líquida,de vuelta al evaporador mientras el compresor saca el gas.

9. Evaporador Donde el refrigerante se evapora y le extrae el calor a laleche.

10.Termostato Controla la temperatura de la leche enfriada,encendiendo o apagando el compresor dependiendo dela temperatura.

4.2 Enfriamiento de expansión directa

Este es el sistema de enfriamiento de leche más común. La base del tanque hasido designada como un evaporador, mientras que el calor de la leche va através de la pared de acero inoxidable al refrigerante. El refrigerante seevapora, quitándole el calor a la leche. Dado que los tanques de expansióndirecta no tienen un amortiguador del frío, siempre tiene que haber disponibleenergía. En este tipo de sistema, la leche se enfría directamente y se agita

después de llegar al tanque.




4.3 Enfriamiento con banco de hielo

En sistemas de enfriamiento indirecto el evaporador está situado en unareserva rellena con el conductor de calor, en su mayor parte agua. Elevaporador consiste en un sistema de tuberías o bobinas en el cual elrefrigerante se evapora y enfría el conductor de calor.

La gran ventaja del sistema del sistema de banco de hielo es que permite quela capacidad de enfriamiento se almacene en una reserva aislada con unconductor de calor y un "amortiguador de frío" o "amortiguador de hielo". Enáreas donde no hay energía suficiente, el sistema del banco de hielo es unasolución de enfriamiento eficaz. La formación de hielo alrededor de las tuberías

forma una amortización de frío que se puede usar para enfriar la leche. Elamortizador de frío hace posible enfriar en áreas en donde la energía es máscara, o en donde el uso de la electricidad es limitado y significa que el sistemade enfriamiento puede apagarse para evitar la saturación de energía durante elordeño.




5. MÉTODO DE DISEÑO EMPLEADO

5.1 Enfriamiento de expansión directa

Este es el sistema de enfriamiento de leche más común. La base del tanque hasido designada como un evaporador, mientras que el calor de la leche va através de la pared de acero inoxidable al refrigerante. El refrigerante seevapora, quitándole el calor a la leche. Dado que los tanques de expansióndirecta no tienen un amortiguador del frío, siempre tiene que haber disponibleenergía. En este tipo de sistema, la leche se enfría directamente y se agitadespués de llegar al tanque.

La refrigeración y el almacenamiento de la leche también influyen en la calidad.

Se han establecido varias disposiciones sobre refrigeración y almacenamientode la leche para proteger la calidad y reducir el desarrollo de bacterias duranteel proceso de almacenamiento.

La leche a temperatura corporal, no refrigerada, es ideal para favorecer eldesarrollo de bacterias. Cuanto más rápido se enfríe la leche (menos de 40 ºF:-4,44 ºC), tendrá más posibilidades de reducir el recuento de bacterias.

5.1.1 Refrigeración por compresión mecánica.

En la actualidad el frío se produce principalmente mediante sistemas derefrigeración por compresión mecánica, de forma que el calor se transmite

desde la cámara de refrigeración hasta una zona en la que pueda eliminarsemás fácilmente. La transferencia de calor se realiza mediante un fluido“refrigerante” que cambia de estado, de líquido a vapor, a una temperatura deebullición muy baja y con una entalpía o calor latente de vaporización alto. Unavez que el refrigerante está en estado de vapor se comprime mecánicamente(aumentando su presión) de forma que vuelve al estado líquido y vuelve autilizarse cíclicamente. Se establece así un ciclo termodinámico cuyo límiteteórico sería el ciclo de Carnot. El sistema de refrigeración se denominaentonces como sistema de compresión de vapor.




6 DISEÑO METODOLÓGICO

6.1 Desarrollo de cálculos del diseño del tanque

6.1.1. Datos requeridos

Datos necesarios para el cálculo del Tanque proporcionado por ALFACERIX:

Capacidad Requerida:

= 3000 : ,2

= 1,3

= 2,3

:,2 ó = 4℃

La geometría requerida del Tanque es Cilíndrica, con los datos proporcionadosse calcula la capacidad o volumen real:

= 2 ∗ ∗ ∗ = 2 ∗ ∗ ∅2 ∗ ⇒ = 2 ∗ ∗ 1,3

2 ∗ 2,3

= ,ó , De acuerdo a la Tabla VII, la conductividad térmica del Acero Inoxidable es:

= 14,9 °

De acuerdo a la Tabla, la conductividad térmica del Poliuretano es:

= 0,0026 °

Las propiedades térmicas de la leche se toman de: http://rpaulsingh.com (a15°C) (S.I. y S. INGLES)

= 1032 ; = 64,486




= 0,581 °; = 0,33571 ℎ°

= 5,082

ℎ ;

= 2,1

;

= 0,00209989

= 3,89 °; = 0,93 ℎ°

ó ℎ = 0,5 ó ℎ = 4°

ℎ = 2ℎ Otros datos importantes:

= 18°

ℎ = 17°

Con los datos anteriores se procede a calcular la cantidad de fluido que será

enfriado en un determinado tiempo, así tenemos:

6.2 Cálculo del flujo másico:

= ⇒ = ∗

= 1032

∗ 3,0528427

= 3150,53363

= = 3150,53363

2ℎ ∗ 1ℎ3600

= , Una vez calculado el flujo másico, se procede a calcular la carga térmica por

producto, es decir la cantidad de calor que se necesita extraer de la leche paraconservarla a la temperatura requerida.




6.3 Carga térmica del sistema de refrigeración

6.3.1 Carga térmica por producto

La conservación de productos se realiza a temperaturas > 32 °

ó > 0 °

, por

tanto no existe cambio de fase. Al no existir cambio de fase, el cálculo de cargatérmica por producto es:

= ∗ ∗ − Donde:

=

á

= í ℎ °

= 0,437574 ∗ 3,9 ° ∗ (17− 4)° ∗ 1000

1

=

= , ó = , Para la selección final de los equipos se aplica un margen de seguridad de

10%, el calor total a extraer es:

= ( 22185 + 0,1 ∗ 22185)

= , = , ó = , = ℎ 2ℎ




6.4 Cálculo de pérdidas continuas en las paredes del cilindro.

Además de la Carga Térmica por Producto, en este diseño se tienen pérdidascontinuas por el cilindro y por las tapas, las cuales se calculan a continuación:

Donde: =

= +

= + +

= + 2 +

= 2 = 2 = ,

= (0,65 + 0,002)

⇒ =

,

= (0,65 + 0,002 + 0,0508) ⇒ = , (0 65 + 2 ∗ 0 002 + 0 0508) ⇒



⇒ ⇒ = (0 65 + 2 ∗ 0 002 + 0 0508) ⇒ = INGENIERÍA MECÁNICA

ℎ = ℎ

ℎ =

El ambiente convectivo ℎ que está en contacto con el exterior del tanque,según recomendaciones tenemos los siguientes valores:

ℎ = 26 ℎ° Para nuestro diseño el valor del ambiente convectivo es de 6 °

=

°;

=

,

°

Para determinar las pérdidas continuas por el cilindro, antes debemosdeterminar el valor del coeficiente convectivo de la leche en el interior deltanque ℎ. Para ello usamos el siguiente marco teórico:

Para flujo turbulento desarrollado en tubos lisos se recomienda la relación deDittus y Boelter:

= 0,023 ∗ , ∗ , Las propiedades en esta ecuación se evaluaron a la temperatura promedio delfluido, y el exponente n tiene los siguientes valores:n = 0.4 para calentamiento yn = 0.3 para enfriamiento.La relación de Dittus y Boelter indica una dependencia del proceso detransferencia de calor sobre el campo de flujo y el número de Reynolds.Las velocidades relativas de difusión de calor y momento se relacionan pormedio del número de Prandtl, ya que se espera que el número de Prandtl seaun parámetro importante en la solución final.Se puede confiar en la dependencia del proceso de transferencia de calorsobre los números de Reynolds y Prandtl, pero se hace necesario conocer laforma correcta de la relación, ya que la misma forma es conveniente utilizarlapara correlacionar datos experimentales.Si se tiene un número de experimentos con medidas "tomadas de velocidadesde transferencia de calor de varios fluidos en flujo turbulento dentro de tubos

lisos bajo diferentes condiciones de temperatura, se pueden utilizar tubos dediferentes diámetros para variar el intervalo del número de Reynolds ademásd i i l l id d d fl j d



d i i l l id d d fl j d


Se debe considerar que los datos de transferencia de calor serán dependientesde los números de Reynolds y de Prandtl. Una función exponencial para cadauno de estos parámetros es tal vez la más simple que se pueda utilizar, de estaforma:

ℎ ∗ = 0,87() / () / , ℎ ∗ = 0,87 ∗ ∗ / ∗ / ,

6.4.1 Cálculo del número de Reynolds

= ú ó í ú (,1999) =

∗ ∗

Donde

=

(

)

= ℎ = ℎ( )

= ℎ( ℎ )

= 1,148

= 6000

ℎ

=1,148 ∗ 6000 ℎ ∗ 64,486 = 5,082 ℎ

= 100338,39

=

á

= 4,264

Donde: , 1



1


Se estima este valor porque las propiedades de la leche son similares a las delagua

ℎ = 0,87

∗0,33571

ℎ°

4,264 ∗ (100338,39) /

0,93

ℎ°

∗5,082

ℎ0,33571 ℎ° /

= , ° Una vez calculado el valor de ℎ, se procede al cálculo de pérdidas en elcilindro, para lo cual realizamos las siguientes operaciones:

6.4.2 Cálculo del área interna y externa del cilindro

= 2 ∗ ∗ ∗

= 2 ∗ ∗ 1,32 ∗ 2,3⇒ = ,

= 2 ∗ ∗ ∗ ( + 2 ∗ ) = 2 ∗ ∗ 1,40162

∗ (2,3 + 2 ∗ 0,0508)⇒ = , Una vez obtenido todos los valores, se procede al cálculo de las resistencias enel cilindro.

6.4.4 Cálculo de resistencias en el cilindro

=1ℎ =

1

2026 49 9 3933 ⇒ = , °



ℎ 2026 49 ∗ 9 3933 ⇒ INGENIERÍA MECÁNICA

=

2 = 0,65

0,6522 ∗ 14,9 ° ∗ 2,3⇒ = , °

= 2 = 0,70280,652 2 ∗ 0,026 ° ∗ 2,3⇒ = , °

=

2 = 0,70480,7028

2 ∗ 14,9 ° ∗ 2,3⇒ = , °

=

1

ℎ =

1

34,0464

° ∗10,6352

⇒ =

,

°

= ,° 6.4.5 Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor

=1

∗ ∑

= 1

10,6352 ∗ 0,2025 ° = , ° Finalmente calculamos el Calor en el cilindro

6.4.5 Cálculo de q en el cilindro

= ΔT∑ = Temp − Tempó∑

=(18− 4)°0,2025

°

= , ó = ,




Luego calculamos las Pérdidas Continuas en las Tapas

6.5 Cálculo de pérdidas continuas en las tapas

6.5.1 Cálculo del área

Á = ∗ = ∗ (0,7048) = ,

6.5.2 Cálculo de las resistencias

=1ℎ =

1

34,0464 ° ∗ 1,56056 ⇒ = , ° =

=0,002

14,9 ° ∗ 1,56056 ⇒ = , °

= = 0,05080,0026 ° ∗ 1,56056 ⇒ = ,°



⇒ INGENIERÍA MECÁNICA

= =

0,00214,9 ° ∗ 1,56056 ⇒ = , °

=

1

ℎ =

1

2026,49 ° ∗ 1,56056 ⇒=

,

°

= ,° Luego calculamos el coeficiente global de transferencia de calor y finalmente elcalor en la tapa

6.5.3 Cálculo del coeficiente global de transferencia de calor

=1 ∗ ∑

=1

1,56056

∗1,2713

°

= , ° 6.5.4 Cálculo de q en la Tapa

= ΔT∑

=Temp − Tempó∑

= (18− 4)°1,2713 ° = ,ó = ,

El coeficiente global de transferencia de calor del tanque es la sumatoria de loscoeficientes de cilindro y tapas.




6.6 Cálculo del coeficiente global total de transferencia de calor

= +

= (0,4643 + 2

∗0,5040)

°

= , ° ó = , ° El calor total por pérdidas continuas del tanque es:

6.7 Calor total del tanque

= (69,13+ 2 ∗ 11,012) = ,ó = ,

6.8 Transferencia de calor por radiación y convección

Además del calor por cargas continuas del tanque y por carga térmica porproducto, se puede determinar la Transferencia de calor por Radiación yConvección.

Calor que entra al Tanque por convección y radiación se obtiene según lasEcuaciones. 10.7 a 10.10, (Kern, 1999)




ℎó = ℎ = 0,3∆, ∆ = 64,4° − 39,2°

∆= 25,2

°

ℎ = 0,3(25,2), ⇒ó = , ° Razón de Radiación

ℎó =

ℎ =

0,173100 − 100 −

Donde:

= (.) = ° + 460 = (.) = ° + 460 =

= 64,4° + 460 = 524,4°

= 39,2

°

+ 460 = 499,2°

= ,SegúnKern

ℎ =0,173 ∗ 0,8 ∗ 524,4

100 − 499,2100

524,4 − 499,2

=

,

°

é = + PérdidasCombinadas = (0,672158 + 0,7426088) ℎ°

é

=

,

°




Ahora, sí se conoce el área del tanque y el Δt se puede conocer el calor que

fluye del medio ambiente. Teniendo en cuenta que el Tanque es un cilindro de1,3 m de diámetro interior y 2,3 m de longitud con tapas planas.

=

+ 2

∗

= (10,635 + 2 ∗ 1,56056) = ,ó = , 6.9 Calor total que fluye del entorno

= (

ℎ +

ℎ)

∗(

∆)

∗

= 1,414767 ℎ° ∗ (64,4− 39,2)° ∗ 147,9963 = , ó , Para determinar el calor total que fluye del sistema, se suma el valor de cargatérmica por producto, el calor total del tanque y el calor total por convección yradiación, así tenemos:

= + + ó + ó

= (24403,5 + 91,15 + 1546,3) = ,⇒ = ,

6.10 Cálculo de LMTD

LMTD = Diferencia de Temperatura Media Logarítmica. Para calcular la LMTDse usa el método según Kern (1999). Caso de fluido isotérmico (pues seevapora el refrigerante R22 y la evaporación es un cambio de fase, ocurriendoa presión y temperatura constante)

.

=

−6

℃ó 21,2

℉

= 17℃ ó 62,6℉



℃ ℉ ℃ ℉INGENIERÍA MECÁNICA

ó = 4℃ó 39,2℉

= ∆ − ∆ ∆∆

∆ = −. ∆ = (62,6− 21,2)℉⇒∆ = ,℉ ∆ = ó −. ∆ = (39,2− 21,2)℉⇒∆ = ℉

=(41,4− 18)℉ 41,4

18

= ,℉ ó = , ℃



℉ ℃INGENIERÍA MECÁNICA

Una vez obtenido el valor de LMTD, se procede a calcular los ambientesconvectivos en el interior y exterior de la tubería

6.11 Coeficiente interno de transferencia de calor por convección

Durante el paso del refrigerante en el interior del evaporador se produce uncambio de fase desde su entrada como una mezcla de vapor y líquido hasta susalida como vapor sobrecalentado, este cambio de fase se debe considerarpara el cálculo del coeficiente de convección.

Para el cálculo del coeficiente de convección en dos fases en el interior delevaporador se hace uso de la expresión 2.6, se puede aplicar para R-11, R-12,R-22, R-13, R-114 y agua, para flujos verticales y horizontales, la utilización deesta expresión requiere que las unidades de todos los parámetros sean delsistema inglés, cuando se determinan los parámetros adimensionales sepueden usar unidades inglesas y del sistema internacional, por lo quemomentáneamente en los casos en los que la expresión lo amerite secambiaran las unidades al sistema inglés.

= ∗ ∗ + ∗ ∗ Donde ,, son valores adimensionales que dependen de laspropiedades del refrigerante, su cálculo se explica a continuación.

El valor de la constante S de determina mediante la siguiente expresión:

= 1,12 ∗ 1− , ∗ ,

Donde representan la densidad del refrigerante a la presión delevaporador en su fase líquida y vapor respectivamente, x representa la calidaddel refrigerante a la entrada del evaporador.



del refrigerante a la entrada del evaporador.


El valor de la calidad del refrigerante tiene los siguientes valoresrecomendados: = (0,20,8)

Entonces para este diseño se asume un valor de x = 0,2Los valores de las densidades tanto de líquido como vapor son tomadas a unapresión 4,08 bar que corresponde a la temperatura del evaporador (−26℃)

= 1367

= 8,6

Entonces el valor de S es: = 1,12 ∗ 0,21− 0,2

, ∗ 13678,6

,

= ,

El cálculo de E se realiza a partir de la siguiente ecuación:

= 1 + 3000 ∗ , Se requiere conocer el valor del número de evolución (Bo), el cual relaciona elflujo másico normal a la pared debido a la ebullición y el flujo másico total através del tubo, y se calcula a partir de la siguiente ecuación:

=´´ ∗ ℎ

Donde q´´ es el flujo de calor, G es la velocidad másica del refrigerante, y ℎ

es el valor correspondiente a la diferencia de entalpía del refrigerante parapasar de su estado gaseoso a líquido a la presión del evaporador.

La velocidad másica del refrigerante se calcula con la siguiente expresión:

= =

4 ∗

Donde:

= = 0,1092 , ó 9




=12

= 0,016

= 0,1092 4 ∗ (0,016) El valor de G es:

= ,

El flujo de calor se calcula a partir de la ecuación siguiente:´´ = Donde: =

= á = 2 ∗ ∗ ∗ Como no se conoce el valor de la longitud del tubo, se busca un valor para

´´

el cual según recomendaciones está dentro del siguiente rango: de 7000 a35000 / .Por experiencia se recomienda un valor de:

´´ = Conociendo estos valores se puede determinar el valor del número deebullición reemplazando los valores en la ecuación 6.4

=20000

543,11

∗ 53,43 ∗ 4,184

∗ 1000

= ,




Conociendo el valor del número de ebullición se calcula el valor de la constanteE de la expresión 2.3 = 1 + 3000 ∗ (0,0001653),

= ,

dependen del número de Froud, si este es menor a 0,05, estos datosdeben ser calculados, caso contrario son constantes e iguales a 1, el númerode Froud es un parámetro adimensional que relaciona dos tipos de fuerzas, lasde gravedad y las inerciales, que dependen de la masa, para un flujo en dosfases se utiliza la siguiente expresión:

= ∗ ∗

=543,11

1367

∗9,81

∗

0,016

= ,

Como > 0,05 los valores de es igual a 1.

A continuación se determina el valor de ℎ que es el coeficiente de convecciónde una sola fase para lo cual se hace uso de la expresión:

ℎ = 0,023 ∗, ∗, ∗ Donde Rel es el número de Reynolds, Prl es el número de Prandtl, kl es laconductividad térmica, todos estos términos correspondientes al refrigerante, yD es el diámetro de la tubería del evaporador.

=(1− ) ∗

= 543,11 (1− 0,2) ∗ 0,016173,0210



, INGENIERÍA MECÁNICA

= ,

El número de Prandtl se obtiene de la ecuación siguiente:

=

∗

=1,2408 ° ∗ 173,0210

85,3610 ° ∗ 1

= ,

Conociendo estos valores se determina el valor del coeficiente de convecciónen una sola fase:

= 0,023 ∗ (40179,678), ∗ (2,515), ∗ 0,05547 ℎ°0,05248

= , °

Reemplazando estos valores obtenidos en la ecuación 6.1 se obtiene elcoeficiente de convección en dos fases del refrigerante en el interior delevaporador, y se tiene:

ℎ = 2,67 ∗ 1 ∗ 169,75 ℎ° + 3,16 ∗ 1 ∗ 169,75 ℎ°

ℎ = 990,81

ℎ

°

= , °

Rango de valores:

= °

Para encontrar el ambiente convectivo ho, debemos hacer referencia al Arreglod T b t l tí



de Tubos que va a tener el serpentín


Se asume un arreglo de tubos alternados, cuyos valores se detallan en lasiguiente Tabla

= 1,5 c= 0,511 = 1,5 n= 0,562

Datos de la tubería:

Material: Acero inoxidable AISI 304 (material usado debido a que la tubería

estará en contacto directo con la leche.




Para una buena transferencia de calor y con el propósito de reducir al mínimolas pérdidas de presión, se selecciona una tubería de ½ in de diámetro.

De acuerdo a las Tablas 4.2 y Tabla VII, las propiedades del acero inoxidableson:

á() = 12

á = 21,3 = , () = 2,65 = 0,00265

á = 16 = ,

(

) =

2=

,

() = 2= ,

é = 14,3°

Con los datos anteriores, se calcula el coeficiente convectivo en el exterior delarreglo de tubos, para lo cual se usa la siguiente expresión:

ℎ=

∗

Este coeficiente ho está en función de Nu, conductividad térmica del material y



ℎ Este coeficiente ho está en función de Nu, conductividad térmica del material y


El número de Nu a su vez está en función de Re, Pr, para lo cual determinamoslos siguientes parámetros:

(

ℎ) = 0,8

= ∗

= 1,5 ∗ 0,0213⇒ = ,

=∞ ∗ −

=0,8

∗0,03195

0,03195 − 0,0213 ⇒ = á = ,

=∞ ∗ 2 2 + () −

=

0,8

∗0,03195

2

0,031952 + (0,03195) − 0,0213 = í = ,

=ℎ ∗

= ∗ ∗

Cálculo de Re:

= ∗í ∗

=

1032 ∗

0,8862 ∗

0,0213

0,035




Valor de Pr:

= 13,42

Cálculo de Nusett:

= ∗ ∗

= 0,511

= 0,562

= 1/ 3

Nu = 0,511 ∗ 331,85, ∗ 13,42 /

= ,

Cálculo del ambiente convectivo ho

= ℎ∗ ⇒ ℎ = ∗

ℎ =22,12 ∗ 0,581 °

0,0127

= °

Una vez determinado todos los parámetros, se calcula la longitud de tuberíanecesaria para los cumplir los requerimientos deseados. Para elloencontramos:




7. CÁLCULOS Y DISEÑO DEL SERPENTÍN

7.1 Cálculo de resistencias en la tubería del serpentín

=1 ℎ

=

2 =1ℎ

7.2 Cálculo de coeficiente global de transferencia de Calor (Uo)

=

1

∗ ∑

=1

1 ℎ + 02+ 1ℎ

; = 20, = 2

=1

2

2 ℎ+

2

2

+2

ℎ 2



ℎ ℎ INGENIERÍA MECÁNICA

=1

ℎ

+

+1

ℎ

=1

0,006350,00535 ∗ 5622,283 ° +

0,00635∗0,006350,00535

14,3 ° +1

1012 °

= , °

7.3 Cálculo de la longitud del serpentín

Finalmente para conocer la longitud del serpentín necesaria para refrigerar laleche, usamos la siguiente expresión:

= ∗ ∗∗

=26040,95

784,13° ∗ 1 ∗ 15,608°

=

,

Área

de

transferencia

de

Calor

de

los

Tubos

= ∗ ∗

= ∗

= 2,204 2

0,016 ∗ ⇒ = ,



⇒ INGENIERÍA MECÁNICA

8. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DEL REFRIGERANTE

8.1Proceso de cambio de fase del refrigerante en el evaporador

1-2=Comprensión adiabática Q = 0

2-3 = Cede calor a presión constante

3-4 = Estrangulamiento (disminución de presión) adiabático e isoentálpico.4-1 = Evaporación a presión constante

= (á)

=

=

= 0

∆= 0

Por tanto:

Proceso Isoentálpico,

ℎ=

ℎ

=



ℎ ℎ INGENIERÍA MECÁNICA

8.2 Cálculo de la temperatura de evaporación

∆= 14℉

=

á

= 4

℃= 39,2

℉

= ó = − ∆

= (39,2 − 14) ℉

=

,

℉=

−℃

La presión de evaporación a −4℃ es:ó = Cálculo de la Temperatura en 3

= + (∆) (∆) = 25℉

= (64,4 + 25) ℉

= 89,4℉⇒ = ,℃

Con en Tablas de refrigerante encontramos =

De acuerdo al diagrama del sistema de refrigeración se tiene que




Según la Tabla 12.12 - Sección de la tabla de propiedades termodinámicas de saturación para el R-22.

Para una temperatura de evaporación de -4ºC tenemos:

ℎ = 50

ℎ= 208200

8.3 Cálculo de la masa de refrigerante

=ℎ

=

87,921

10

ℎ208200 ⇒

=

,

= ,




Luego de conocido el flujo másico de refrigerante, determinamos laspropiedades termodinámicas para cada punto de acuerdo a nuestro Sistema deRefrigeración:

Donde:

=

22

= −4°

Con = −4°, en Tablas o Diagrama de Mollier del Refrigerante R-22encontramos h1

= ,

8.4 Calor retirado por el refrigerante

El calor retirado por el Refrigerante se obtiene de la siguiente ecuación:

=é()

=

83269,62ℎ

393,3 ℎ ∗1,05587

1

223 55



ℎ ℎ 223 55


9. BALANCE ENERGÉTICO

9.1 Balance de energía en el evaporador

Así el Balance de Energía en el evaporador quedaría:

+ ℎ = ℎ ℎ = ℎ − ℎ = (394,41− 223,55)

⇒ = , ℎ = 170,86

,4

= −℃

Como:

=ℎ − ℎ = ∗ ∗

Donde:

=

= = á

= ∗

=393,3

ℎ8,6 ∗ 4 ∗ 0,016 ∗ 1ℎ

3600

= ,




9.2 Cálculo de en la válvula de expansión:

í = í

= 0

(

á

)

= 0 = , =

= , = 0 = 0 =

+ ℎ = ℎ +

ℎ=

ℎ(

á

)

= = ,

9.3 Balance de Energía en el Condensador:

í = í ℎ = ℎ +

Como se generan demasiadas incógnitas no se puede calcular ; se procedeentonces con un balance por primera y segunda Ley de la Termodinámica en elcompresor para calcular h2 y luego determinar y T2 en el condensador:




9.4 Balance de Energía en el Compresor

í = í ℎ = ℎ + =

, = 0, ≠ 0

= 0⇒∆= 0⇒ = En la tabla de propiedades del refrigerante R22:

, = −4℃,:1,7936 °

= = 1,7936°

= 50

℃= 1,7936

°

,

En el diagrama Ph del refrigerante obtenemos h2:

=

Por tanto Wc: = ℎ − ℎ

= (394,41− 435)




Nótese que Wc es negativo porque es Trabajo de Compresión.

9.5 Calculo de QH

Ahora se calcula QH ℎ = ℎ + = ℎ − ℎ = (435− 170,86)

= ,

10. COEFICIENTE DE PERFOMANCE

10.1 Cálculo de la Eficiencia del refrigerador del sistema detransferencia de calor (COP)

La eficiencia se llama coeficiente de operación (COP) y se denota por β y es la

relación entre la cantidad de calor absorbido en el espacio refrigerado(evaporador) y el trabajo de comprensión destruido:

=

=

=223,55

40,6

= = ,()

Cálculo de otro parámetro muy importante llamado Capacidad:

= ∗

(∗) ∗

Para el Refrigerante R22 ó 12000



ó 12000


= ∗

12000 ℎ

=

393,3

ℎ ∗223,55

12000 ℎ ∗ 1,05587 = 6,94ó / í

Costo de Energía hora de operación, ºC, masa de leche enfriada:

= 40,6

40,6 ∗ 393,3

ℎ ∗ 1ℎ3600 = 4,43

4,43 ∗ 18ℎó1í ∗ 3600

1ℎ

= 287423,64

∗1

−ℎ3,6

10

∗1000

1

= ,−

Si el kW-h es $0,084, entonces:

105,3 −ℎ ∗ $0,084 − ℎ = $,

11. CÁLCULO DE LA POTENCIA MECÁNICA DEL COMPRESOR

= ∗ ∗ []

Donde:

=

= ó /

= / = ó




= 393,3ℎ ∗ 40,6

∗ 1ℎ3600 ∗ 1,341

1 = ,

Para la Potencia del compresor, tomar en cuenta un factor de seguridad del20%. Esto se debe a que el compresor nunca trabaja al 100% de su capacidad. = (5,95 + 0,2 ∗ 5,95)

= ,




12. SELECCIÓN DE EQUIPOS

12.1. Selección del compresor

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Los compresores usados para ciclos de refrigeración son de tres tipos:recíprocos, rotatorios y centrífugos.

í = 26040,95

= 8 = 5,32

ó

=

−4

℃




Con los datos anteriores, se selecciona el compresor en el Catálogo Danfoss:

Marca: Danfoss

Modelo: MT81

Capacidad: 5,76 kW

Tipo: Compresor Reciprocante




12.2. Selección de la Unidad Condensadora

Para realizar el cálculo para el dimensionamiento del condensador necesitamoslos siguientes datos:

í = 22390 / ℎ = 18℃ ó = −4℃

Se elige una unidad condensadora con las siguientes características:

Marca: Intercal

Modelo: CA-403-66

Capacidad: 24825 kcal/h.




12.3. Selección de la válvula de expansión

= 22

á

= 26040,95

ó() = −4℃ ó() = + 10℃ = (18 + 10)℃ = 28℃

í = 4℃ éíá = 2 Ahora con las temperaturas de condensación y evaporación, en Tablas de

Refrigerante se lee las presiones a dichas temperaturas. = −4℃ ⇒ 4,36 = 28℃ ⇒ 11,27 Con estos valores y la pérdida de carga en las tuberías, se calcula la diferenciade presión entre la entrada y la salida de la válvula.

∆ = − − ∆ ∆

= (11,27

−4,36

−2)

=

,

Ahora con los siguientes datos, se buscan las tabla para R22, se selecciona latabla para una temperatura de evaporación de -4 ºC, se toma la columna conun ΔP = 4,91 bar, y en esta columna se busca la capacidad de 26,040 kW, o elvalor superior más próximo, y a la izquierda se lee el tamaño de la válvulaadecuada. Posteriormente a la hora de seleccionar el elemento termostático,orificio y cuerpo de la válvula de expansión deben tenerse en cuenta lasconexiones.




Se elige una válvula de expansión con las siguientes características:

Marca: Danfoss

Modelo: TEX 5-7.5

Capacidad: 32,7 kW.




12.4. Selección del distribuidor refrigerante

Para la selección del distribuidor de refrigerante se necesita conocer lossiguientes datos:1. Refrigerante2. Capacidad del evaporador3. Temperatura de evaporación4. Temperatura del líquido5. Cantidad de secciones del evaporador

6. Diámetro de entrada de la sección del evaporador7. Longitud del tubo distribuidor8 Vál l d ió



8 Válvula de expansión


Con los datos de la tabla 4 se determinan el tipo de distribuidor, el diámetro ytipo de entrada.

Como se tiene una capacidad de 26 kW en la válvula de expansión y se

necesitan 11 salidas del distribuidor, seleccionamos dos tipos de distribuidoresque son:

Marca: Danfoss Marca: Danfoss

Tipo: RD33 Tipo: RD42

Número de orificios: 4 Número de orificios: 7

Capacidad de la válvula de expansión: 35 kW para ambos tipos



13. CONCLUSIONES:

Se diseño (con base en cálculos termodinámicos) un equipo derefrigeración de leche cruda para conservarla a 4℃

En este sistemas de refrigeración el proceso de absorción de calor

dentro del evaporador se lleva a cabo a presión constante, idealmente elrefrigerante entra a éste en forma de líquido saturado y sale en forma degas saturado a una determinada presión, la diferencia de entalpías enestos puntos debería ser el calor latente del refrigerante a ésa presión.

El uso de un tanque de refrigeración se torna necesario para mantenerla leche con sus propiedades y características de ordeño.

La desventaja del diseño de este tanque es la dificultad de limpieza yaque el serpentín está dentro del tanque lo cual limita la manipulaciónhumana al momento de la limpieza. Una alternativa para este tipo de

tanque sería el uso de un sistema de lavado a presión.

Se pudo conocer los parámetros necesarios para la selección delcompresor, unidad condensadora, válvula de expansión y tubería que seempleó en este diseño.

Se logro determinar el coeficiente convectivo del refrigerante por mediode un análisis térmico.

14. RECOMENDACIONES:

Usar obligadamente materiales para el manejo alimenticio, en este casotubería de acero inoxidable para el serpentín y planchas de aceroinoxidable para el tanque.

Realizar la limpieza total del tanque cada vez que la leche seadescargada para de esta manera evitar la supervivencia de bacterias.

Conocer más acerca de los refrigerantes.

15. BIBLIOGRAFÍA:

KERN, Donald Q. 1999. Procesos de transferencia de calor. 31 ed.México: Compañía Editorial Continental, S.A.

ASHRAE. Fundamentos de transferencia de Calor 1999




REFRIGERACIÓN Página 59

ING. RAMIRO VALENZUELA. Apuntes de Refrigeración y AireAcondicionado

SALVADOR ESCODA S.A. Manuales, Catálogos y Hojas Técnicaswww.salvadorescoda.com

UNIVERSIDAD DE SEVILLA. DPTO. DE INGENIERÍA ENERGÉTICA YMECÁNICA DE FLUIDOS Grupo de Termotecnia. Colección de Tablas yGráficas de Instalaciones Frío-Calor.

CATÁLOGO DANFOSS Accesorios para Refrigeración.





ANEXOS





Diagrama de Mollier para el Refrigerante R-22





Tablas de Propiedades Termodinámicas del Refrigerante R-22



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