Diseno de Camara de Refrigeracion para Conservacion de Lucuma

 

 

DISEÑO DE UN CÁMARA DE REFRIGERACIÓN PARA LA CONSERVACIÓN DE LA LÚCUMA  LÚCUMA  DOCENTE   DOCENTE

UNIVERSIDAD NACIONAL D E  TRUJILLO FACULTAD DE ESCUELA DE

I N G E N I E R Í A  I N G E R N I E R I A  MECÁNICA I X C I C L O 

REFRIGERACIÓN, CALEFACCIÓN Y  AIRE A C O N D I C I O N A D O 

INTEGRANTES   INTEGRANTES

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M

ÍNDICE

     U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

        Ó 

     I

I.

INTRODUCCIÓN

II.

GENERALIDADESS DEL PRODUCTO A REFRIGERAR GENERALIDADE

 

 

III.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

IV.

DISEÑO DE LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN

 

 

      C 

    A     V 

4.1 Dimensionamien Dimensionamiento to de la cámara. 4.2 Selección del del aislant aislantee y Espesor de aislamiento para las paredes, ttecho echo y piso. 4.3 Esquema de la cámara de refrigeración refrigeración..  

R

 

    E       S 

 

    N

      O        C 

V.

 

    A     L     A

5.1 5.2 5.3 5.4

Flujo de calor a través de las parede paredes. s. Carga por cambio de d e aire. Carga del producto. Cargas varias : 5.4.1 Por iluminación. 5.4.2 Por personas 5.4.3 Por motores eléctricos 5.5 Carga total  

 

R

    A

 

      t             f

 

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     I

 

      C 

    A

 

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     I

 

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VI.

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VII.

    F     E

 

 

    E     D

 

    A     M      Á

 

   

      C 

    A     N

 

 

     U 

 

    E     D

 

 

      O 

      S 

CONSTRUCCION DEL CICLO TERMODINÁMICO DE REFRIGERACIÓN 7.1 Condensación yico. Evaporación. 7.2 Condiciones Esquema delde ciclo termodinám termodinámico. 7.3 Cálculo de las magnitudes fundamentales del ciclo termodinámico termodinámico.. 7.4 Calculo del Efecto Refrigerant Refrigerante. e. 7.5 Flujo másico del refrigerante refrigerante.. 7.6 Calculo de la Potencia del compresor. 7.7 Calor derivado por el condensador. 7.8 Coeficiente de funcionamiento o de performance (eficiencia del ciclo) 7.9 Potencia por tonelada de refrigeración. 7.10 Caudal volumétrico por tonelada de re refrigeración. frigeración.

R

     I

SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE

 

    A

     Ñ     E

CÁLCULO DE LA CARGA TERMICA

VIII.

 

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRI REFRIGERACIÓN GERACIÓN

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8.1 8.2 8.3 8.4

 

     U 

 

      C 

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    L     A     L     E     D     N

   

IX.

 

SELECCIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS 9.1 9.2 9.3 9.4

 

        Ó 

 

     I

      C 

 

    A     V 

Selección del compresor. Selección del condensador. Selección del dispositivo de expansión. Selección del evaporador.

 

Datos del proyecto. Material utilizado. Selección y dimensionami dimensionamiento ento de la tubería. Accesorios.

R

    E       S 

X.

CONCLUSIONES.

      O        C 

XI.

BIBLIOGRAFIA.

    N

 

 

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A

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R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

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    A     V  R

    E

I. 

INTRODUCCIÓN

La refrigeración en los procesos industriales es de vital importancia, debido a que nos permite conservar, preservar y mantener el producto a una temperatura adecuada o a la que quisiéramos obtener. Con motivo de aplicación de la refrigeración en los procesos industriales, hemos escogido el proceso de producción de la lúcuma, debido a que nuestro país es el mayor exportador a nivel mundial de esta fruta. Por eso, es indispensable contar con las medidas, parámetros y equipos adecuados para su distribución. Pero a lo que respecta al proceso de producción de la lúcuma, es necesario contar con un sistema de refrigeración adecuado para mantener y preservar dicha fruta hasta antes de su distribución.

      S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D

Es por eso la necesidad de implementar una cámara de refrigeración para el mantenimiento y preservación de la lúcuma antes de que se distribuya. El presente proyecto da una alternativa de cómo diseñar dicha cámara, teniendo en cuenta los principios básicos de refrigeración aprendidos hasta el momento.

II. 

Nuestro país (Perú) tienes diversos recursos diversos  recursos naturales los que nos diferencian de otros países, uno de estos recursos es la Lúcuma que proviene de la planta del lúcumo que es un árbol rústico de follaje verde el cual crece en forma natural en los valles interandinos del Perú. Su fruta tiene una buena cantidad de pulpa harinosa de  de  color amarillo/naranja suave y de sabor agradable. Su consumo no estaba muy difundido en el mercado internacional debido a que la la   producción nacional era escasa hasta hace un tiempo, sin embargo, en los últimos años la producción se ha incrementado sustancialmente ya que gracias a sus diversas propiedades y su alto nivel de nutrición.; nutrición.;   pues sus diversas presentaciones se encuentran ya en el mercado las que representa una excelente oportunidad para la industria la industria peruana en las áreas de (helados, postres, yogurt, cócteles, etc.).

    A

2.1 Origen del nombre, género y familia

R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

GENERALIDADES DEL PRODUCTO A REFRIGERAR

Según la mitología andina, su nombre proviene de una mujer altiva, orgullosa, de gran belleza y de poca paciencia. Lúcuma, es sinónimo de una de las frutas más preciadas de la gastronomía peruana y con creciente presencia en las diversas cocinas del mundo. Pero, su notoriedad aumenta desmedidamente gracias a los recientes descubrimientos de sus enormes propiedades medicinales y nutritivas. Pouteria lucuma, es el nombre científico de esta fruta peruana, perteneciente a la familia de

las sapotáceas, las sapotáceas, pero nosotros la llamaremos simplemente lúcuma

      S 

     I

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2.2 Reseña histórica

     U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

        Ó 

     I

      C 

    A     V 

Investigaciones arqueológicas sitúan su domesticación en los valles interandinos del Perú, donde el consumo de su fruto y el uso de su madera quedaron plasmados en representaciones pictóricas y en instrumentos ornamentales de los nativos del lugar ya en el siglo VIII antes de nuestra era, en el Callejón de Huaylas, en Ancash. La cultura Moche o Mochica representó, como parte de su fascinación por los productos agrícolas, en su arte también a la lúcuma. Su madera así se empleó para la construcción del Santuario de Pachacámac, lugar donde en 1938 se halló un tronco de lúcuma de singulares dimensiones tallado, en el que estaba representada una figura totémica.

R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

La evidencia disponible indica que fue de una gran utilidad, además de ser ampliamente consumido en la cultura Mochica alrededor del segundo siglo antes de nuestra era. Entonces, se emplearon técnicas de irrigación y cultivo intensivo para producir cantidades sin precedentes de esta especie. Durante la época prehispánica, la lúcuma y el maíz fueron los ingredientes indispensables en la alimentación de los de los aborígenes del valle y junto con las legumbres, guayaba, quinua y kiwicha, en las zonas más altas.

    A       t             f

2.3 Generalidades de la planta

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

El árbol de la lúcuma prefiere temperaturas templadas. La ideal para su crecimiento fluctúa entre los 20 y 22 °C; pero también puede soportar temperaturas bajas, pero no inferiores a la de 5 °C. Esta especie no exige una irrigación constante, pudiendo llegar a soportar períodos breves de sequía, así como temporadas de muy elevada humedad. Aunque no resiste la anegación; vale decir al hecho de estar repentinamente sometida sometida al exceso de agua. Esta planta se produce principalmente de Perú, entre los 1,000 y 3,000 m.s.n.m. Tolera climas con lluvias temporales, más no no precipitaciones const constantes antes durante todo el año. Se ajusta muy bien acalcáreos, suelos arenosos rocosos, buen drenaje asícon como también suelosorgánica. moderadamente salinos y pero eligeylos suelos de aluviales profundos abundante abundante materia  materiaorgánica.

    A     M      Á

2.4  Descripción de la planta y el fruto

      C 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

Su pulpa es suave, de color amarillo- naranja y su cáscara amarillo Bronceado. El árbol que alcanza 15 a 20 m de altura, con diámetro de copa de 6 a 10 m. La copa presenta abundantes ramas, cuyos brotes tiernos tienen pubescencia color marrón claro a marrón oscuro. Hojas alternas, lanceoladas u oblongas, elípticas u obovadas, con bordes ondulados en algunos cultivares, cultivares, hasta 25 cm de UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 

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    N

      O        C 

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largo y 10 cm de ancho, ápice obtuso o subagudo. Hojas jóvenes color verde claro o rosado y muy pubescentes; hoja adulta verde oscuro brillante y glabra. Flores hermafroditas, pequeñas, verdes a marrón claro, poco vistosas, nacen en la axila de la hoja en grupos pequeños. El fruto es una baya esférica, cónica o comprimida en forma de base, con exocarpio o cáscara delgada de color verde o amarillo bron bronceado, ceado, general generalmente mente en la parte apical, rodeada de una coloración plateada. El mesocarpio es de sabor y aroma muy agradable, color amarillo intenso, textura harinosa. El endocarpio que envuelve a la semilla es delgado y amarillo claro. El tamaño del fruto varía desde 2 hasta 10 cm. de diámetro.

2.5  Actualidad  Actualidad nacional nacional de la Lúcuma

R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

La Comisión Nacional de Productos Bandera del Perú, COPROBA, organismo peruano encargado de la promoción y protección de la identidad de los productos nacionales, tanto en el interior como en el exterior del país, la ha declarado uno de los productos bandera del Perú.

    A R

    E     G 

     I R

    F     E

El Perú es el mayor exportador de lúcuma a nivel mundial, siendo Lima el mayor productor nacional y Piura la región de mayor Rendimiento/Hc en lo que se refiere a cultivo de mayor edad, las regiones de mayor producción de lúcuma a nivel nacional se muestran en la siguiente figura

R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

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    A     V  R

    E       S 

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      O        C 

    A     L     A R

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    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D

2.6 Propiedades y usos de la Lúcuma

    A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

       

      S 

Contribuye a incrementar el nivel de hemoglobina en la san sangre gre  Rica en niacina o vitamina B3, estimula el buen funcionamiento del sistema nervioso.  La lúcuma es un extraordinario energizante natural que nos brinda fuerza para desarrollar nuestras actividades con normalidad.  Además, la lúcuma ha sido utilizada por generaciones para prevenir y tratar afecciones e irritaciones de la piel.  Por todo ello, La lúcuma es una fruta medicinal contra enfermeda enfermedades des de la piel y contra la depresión.  Además, posee un alto valor nutricional y es una gran fuente de carbohidratos, vitaminas y minerales 

     I

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2.7  Composició Composición n nutricional

     U        C 

El producto fresco es la pulpa de fruta (el mesocarpio libre de cáscara y pepas), con su cantidad original de agua sin sufrir algún método de procesamiento.

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

La lúcuma tiene un elevado valor nutricional, es buena fuente de carbohidratos, rica en minerales y vitaminas.

        Ó 

Componente Pulpa Cáscara Hollejo Semilla

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

% 69 a 82 7 a 15 2a3 8 a 14

El valor nutricional de 100 gr. de pulpa fresca y de harina de lúcuma.

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

Pulpa

Componente

Unidad

Valor Energétic Energético o  Agua Carbohidratos Proteínas Fibra Lípidos Cenizas Calcio Fósforo Fierro

Cal g g g g g g Mg. Mg. Mg.

fresca 99 72.3 25 1.5 1.3 0.5 0.7 16 26 0.4

329 9.3 4 2.3 2.4 2.3 92 186 4.6

Caroteno Tiamina Niacina  Ac.Ascórbico Riboflavina

Mg. Mg. Mg. Mg. Mg.

2.3 0.01 1.96 2.2 0.14

0 0.2 ---11.6 0.3

Harina

    A     N      U 

    E     D       O 

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

     Ñ     E

      S 

     I

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      Ú 

    L     A     L     E     D     N

III. 

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Elaborar el cálculo energético de una cámara de refrigeración para preservar y mantener pulpa de lúcuma fresca hasta antes de su distribución, con una capacidad de 10 Tn, con una demanda diaria mínima de 200 kilos.

OBJETIVOS 

        Ó 

 

      C 

 

R

 

     I

    A     V 

    E       S 

    N

      O        C 

IV. 

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A

Dimensionar una cámara de refrigeración con los materiales y equipos aadecuados. decuados. Mantener y preservar el producto a la temperatura adecuada, para que se conserve fresco y mantenga su textura, sabor y contenido nutritivo. Diseñar una cámara frigorífica para que el acceso y transporte del producto sea en forma adecuada, fácil y rápida.

DISEÑO DE LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN 4.1  Dimensionamiento de la cámara.

Tenemos una capacidad máxima de 10 Tn, la cual será repartida en bandejas de 20 kilos, entonces, tenemos 10x1000/20 = 500 bandejas, Ahora considerando una densidad de la pulpa de la lúcuma de 1138.7 kg/cm3 tenemos que las dimensiones de cada una de las bandejas será de 40cm x 40cm x40cm. O sea nuestro volumen es de 0.064 m 3, pero dejando espacio para la circulación de personal y rápido acceso escogemos una cámara con las siguientes dimensiones:

R

    E     G 

L = 7.5 m A = 7.5 m H = 2.5 m

     I R

    F     E R

    E     D     A

4.2  Selección del del aislante y Espe Espesor sor de aislamiento para las paredes, ttecho echo y piso. 4.2.1  SELECCIÓN DEL TIPO DE AISLANTE.

R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D       O 

Escogeremos el aislante de material de corcho, por ser el más común, abundante y más barato. Las características fundamentales del corcho se deben a las células que lo forman, llenas de aire, que contienen hasta un 35 % de ácidos grasos; cada una de ellas es un elemento perfectamente impermeable al agua y muy elástico. El corcho resulta químicamente inerte y apenas es atacado por disolventes orgánicos o por ácidos y bases débiles. Impide la corrosión y no se deteriora con la edad ni es inflamable; constituye un buen aislante térmico; es insípido, prácticamente inodoro y sumamente ligero, pero lo suficiente suficientemente mente resistente para las condiciones en que se le va a dar utilidad.

     Ñ     E

      S 

     I

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4.2.2  SELECCIÓN DEL ESPESOR DEL AISLANTE.

     U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

        Ó 

     I

      C 

    A     V  R

Según la tabla R-1 del Dossat para una temperatura de la cámara de 0°C TEMPERATURA DE LA CAMARA

0°C =32°F

ESPESOR DE CORCHO

8 pulgadas

4.2.3. CALCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSMISION DE CALOR “U” PARA LAS PAREDES, TECHO

Y PISO. Para un espesor del aislante de 8 pulgadas:

    E       S 

    N

      O        C 

PAREDES

    A     L     A

PISO

R

    A

TECHO

      t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A

MATERIAL LADRILLO COMUN 8 LOSA 5 ACABADO 3

TABLA DOSSAT

U (Btu/h.pie2.°F)

10-1 pag. 193

0.034

10-3 pag 195

0.035

CONCRETO 8

10-1

0.036

Espesor total de las paredes: Espesor total del piso: Espesor total del techo:

8” + 8” = 16”  5” + 3” + 8” =  16”  8” + 8” = 16” 

R

    E     G 

     I

4.3  ESQUEMA DE LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN REFRIGERACIÓN..

R

    F     E R

Las dimensiones exteriores son:

    E     D     A

L = 24.606 + 1.33 + 1.33 = 27.266pies A = 24.606 + 1.33 + 1.33 = 27.266pies H = 8.202 + 1.33 = 9.532pies

R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

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      Ú 

    L     A     L     E     D     N

V. 

CÁLCULO DE LA CARGA TERMICA 5.1  Flujo de calor a través de las pared paredes. es.

A continuación se muestras las áreas de cada una de las paredes que dan forma a nuestra cámara de refrigeración:

        Ó 

Norte Sur Este Oeste Piso Techo

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A

AREAS 259.90pie² 259.90pie² 259.90pie² 259.90pie² 743.434pie² 743.434pie²

En la tabla 10-6 pág. 205 del Dossat se dan factores de corrección; estos valores se deben agregar al diferencial de temperatur temperaturaa normal.

R

    A

Tipo de Superficie Superficie color ligero Tales como: piedra blanca, Cemento color ligero, pintura blanca

      t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

Pared Este

Pared Sur

Pared Oeste

Techo Plano

4

2

4

9

     I R

    F     E R

Conociendo que la temperatura promedio exterior es de 25°C ó 77°F, y que la temperatura interi interior or debe ser de 0°C ó 32°F. Entonces tenemos:

    E     D     A

Norte Sur Este Oeste Techo Piso

R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D

T° Ext

T° Int

ΔT 

Factor de

dT final

(°F) 77 77 77 77 77 68

(°F) 32 32 32 32 32 32

(°F) 45 45 45 45 45 36

Correc. (°F) 0 2 4 4 9 0

(°F) 45 47 49 49 54 36

El flujo viene dado por la siguiente ecuación: Q = U x A x ΔT 

      O 

     Ñ     E

      S 

Dónde: U: Coeficiente Global de transferencia de Calor 

     I

    D

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 

A: Área del flujo de Calor 

 

ΔT: Diferencia de temperatura entre el aire exterior y el espacio  refrigerado. 

Q: en Btu/h 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

PARED Norte Sur Este Oeste Techo Piso TOTAL

        Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

AREA

U

ΔT 

Q

45 47 49 49 54 36

397.647 415.3202 432.9934 432.9934 1405.0902 936.7218

⁄

259.90pie² 259.90pie² 259.90pie² 259.90pie² 743.434pie² 743.434pie²

0.034  0.034 0.034 0.034 0.036 0.035 4020.7661

⁄

⁄

 

 

    A     L     A R

    A       t             f

    N

Entonces, tenemos: Qtotal =∑ (Qparedes + Qtecho + Qpiso) = 4020.7661 BTU/h

        Ó 

     I

      C 

Q1 = Qtotal x 24

    A R

Q1 = 96 498.38544 BTU/día.

    E     G 

     I R

    F     E

5.2  Carga por cambio de aire. Sabemos que: Vint = 24.606*24.606*8.202 = 4965.9438 pies3 

R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

Tenemos que la temperatura exterior e interior son 77 7 7 y 32 °F respectivamente, y además asumiendo una humedad relativa del 81%, entonces    

    A     N      U 

    E     D

Cambios de Aire por 24 horas = 7.2341 (interpolando de la Tabla 10.8B - DOSSAT) pág. 209 Factor de cambio de Aire = 1.9933 BTU / pies3 (Interpolando de la Tabla 10.7AB DOSSAT)pág. 208

De donde:

      O 

Q2 = 4965.9438 *7.2341 *1.9933 =71 607.576 BTU / día

      S 

Q2 = 71 607.576 BTU / día

     Ñ     E      I

    D

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11 ~  ~ 

INGENIERÍA MECÁNICA

~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

5.3  CARGA DEL PRODUCTO La carga por enfriamiento del producto viene dado por: Q3 = m Cp ΔT  Dónde:

    N

 

        Ó 

 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A

 

m: Masa del Producto Cp=0.75 BTU/lb.°F : Calor específico del producto antes del enfriamiento, para nuestro caso se ha aproximado este dato al calor específico de las papas dulces (Potatoes, sweet-page 8.3 Thermal properties of foods-1998 ASHRAE REFRIGERATION HANDBOOK) tomando en cuenta la composición química de la lúcuma como referencia: 72.3 % de agua, 1.5% proteínas, 0.5% Lípidos , 25 % Carbohidratos, 1.3% Fibra, 0.7% Cenizas que comparados con la composición de las potatoes, sweets son muy similares: 72.8% Agua, 1.65% proteínas, 0.3% Lípidos, 24.28 % carbohidratos, 3% fibra y 0.95% de cenizas. ΔT: Diferencia de Temperaturas.

Entonces tenemos que:

R

    A       t             f

Q3 = 10000 Kg. x 2.2046 lb. /Kg. x 0.75 BTU / lb. oF x (77-32)

    N         Ó 

     I

Q3 = 74 405.25 BTU / día

      C 

    A R

    E     G 

5.4  CARGAS VARIAS :

     I

5.4.1  Por iluminación: Qiluminacion iluminacion  

R

    F     E

Qiluminacion = Potencia x (3.42 BTU / watt - hora) x 24 hora / día

R

    E     D     A

Emplearemos 6 pares de fluorescentes de 40 watts cada uno.

R

Qiluminacion = 12*40*3.42*24 Qiluminacion = 39 398.4 BTU / día

    A     M      Á       C 

5.4.2  Por personas: Qpersonas personas  

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

Qpersonas = (Calor equivalente / persona) (# Personas) (24 horas / día) Según la fórmula dada en el ASHRAE REFRI REFRIGERATION GERATION HANDB HANDBOOK OOK y la temperatura d dee cámara de 32 °F tenemos:

      S 

     I

    D

Calor equivalente / persona = 1295-11.5t 12 95-11.5t UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO  INGENIERÍA MECÁNICA

12 ~  ~ 

~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

Donde t es la temperatura interior en °F y las unidades son BTU/hr Luego se tiene: Calor equivalente / persona =927 BTU/hr Consideramos 03 personas que trabajan 12 horas diarias Qpersonas = 927*3*12 Qpersonas =33372 BTU / día

    N         Ó 

     I

5.4.3  Por motores eléctricos

      C 

    A     V  R

    E

Según tabla 10-14 Dossat pag. 218 y un motor de 4 hp, y escogiendo el tercer criterio:

      S 

    N

Qmotor = 400 Btu/hp.hr *4 = 1600 Btu/hr * 24 Qmotor = 38 400 Btu/dia

      O        C 

    A     L     A

LUEGO LA SUMA DE LAS CARGAS VARIAS SERÁN:

    AR

Q4 = Qpersonas + Qiluminacion + Qmotor Q4 = 39 398.4 + 39 398.4 + 38 400

      t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A

Q4 = 111 170.4 Btu/dia 5.5  CARGA TOTAL

R

    E     G 

     I

Tenemos que: QR = Q1 + Q2 + Q3 + Q4  QR = 96 498.38544 + 71 607.576 + 74 405.25 + 111 170.4 QR = 353 681.6114 BTU / día

R

    F     E R

    E     D     A

Consideraremos un Factor de Seguridad de 10%

R

    A     M      Á       C 

QRT = 389 049.7726 BTU / día Tomando el caso de que el funcionamiento se de en 24 hr:

    A     N

QE = QRT / 24 QE = 389 049.7726 / 24 QE = 16 210.40719 BTU / hora = 4084.953 Kcal/hr = 4749.666 J/s

     U 

    E     D       O 

QE = 1.349 TN

     Ñ     E

      S 

     I

    D

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⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

INGENIERÍA MECÁNICA

~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

VI. 

SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE

Elegiremos el refrigerante R-22 (CHCLF2) tiene un punto de ebullición a la temperatura atmosferica de -41.4°F (-40.8°C). Originalmente fue desarrollado como refrigerante para baja temperatura. Se le ha usado extensamente en congeladores domésticos y de granjas y en sistemas comerciales e industriales de temperatura baja, las temperaturas en el evaporador son tan bajas como -125°F (-87°C). Perteneciente al grupo de los HCFC, aunque ahora se está tratando de disminuir su empleo.

    N

CARACTERISTICAS: 

        Ó 

     I

      C 

    A     V 

 

R

 

      S 

 

    E     N

 

      O        C 

 

    A     L     A

 

Refrigerante Nombre Fórmula Química Grupo de Refrig. Peso Molecular Punto de Ebullición

: : : : : :

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

    AR       t             f

    N

R22 CLORODIFLUORME CLORODIFLUORMETANO TANO CHClF2  Refrigerante de alta seguridad 86.5 -40.8 C a 1.013 Bar

VII. 

CONSTRUCCION DEL CICLO TERMODINÁMICO DE REFRIGERACIÓN

        Ó 

     I

      C 

    A

7.1 

Condiciones de Condensaci Condensación ón y Evapor Evaporación. ación.

R

    E     G 

7.1.1  TEMPERATURA DE EVAPORACION

     I R

    F     E

Para una una hume humedad dad rela relativa tiva HR = 81 % le corresponde:

R

    E     D     A

DT = 13 ºF Para convección forzad forzadaa (Tabla 11-2 Dossat) pag 245 Por lo tanto:

R

    A     M      Á       C 

Dónde: Tcámara = 32 ºF, Luego: Tevaporacion = Tcámara – DT Tevaporacion =32 – 13  Tevaporacion = 19 ºF = -7.222 ºC

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

DT = Temp. de la Cámara espacio Refrig. – Tevaporacion 

En la tabla de Termodinámica de J. A. Ragas Miranda pag. 50-R-22 para un Tevaporacion = -7.222 °C le corresponde corresponde::

      S 

Pevaporacion = 0.3915252 MPa

     I

    D

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~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M

7.1.2  TEMPERATURA DE CONDENSACION

     U 

.

      Ú 

Elegimos una relación de Compresión ε = 3.5 

      C 

    L     A     L     E     D

ε = Pcondensacion / Pevaporacion

Pcondensacion = 0.3915252 x 3.5 Pcondensacion = 1.37033Mpa

    N         Ó 

     I

      C 

    A     V 

En la tabla de Termodinámica de J. A. Ragas Miranda pag. 50-R-22 a una Pcondensacion = 1.37033Mpa le corresponde una temperatura de condensación de: Tcondensacion = 35.435°C 

R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A

7.2 

Esquema del ciclo termo termodinámico. dinámico.

Los datos que tenemos son: Tcondensacion = 35.435 °C

Pcondensacion = 1.37033 Mpa

Tevaporacion = 0 °C

Pevaporacion = 0. 3915252 M MPa Pa 

    AR       t             f

    N         Ó 

     I

Optaremos por emplear un ciclo de refrigeración por compresión de vapor y asumimos un

    A

sobrecalentamiento sobrecalentamien to del refrigerante antes de entrar al compresor de 3°C .

      C  R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

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~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

        Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A     AR       t             f

7.3 

Cálculo de las magnitudes fundamentale fundamentaless del ciclo termodinámico.

Refiriéndonos a las tablas del stoecker, obtenemos los siguientes resultados:

    N         Ó 

     I

PUNTO

      C 

    A R

1 2

    E     G 

     I R

2’ 

R

3 4

    F     E     E     D     A

7.4 

Temperatura (°C)

Presión (MPa)

-7.222 -7.222 -3.222 60.127 35.435

0. 3915252 0. 3915252 0. 3915252 1.37033 1.37033,

    A     M      Á

    E     D

7.5 

Flujo másico del refrigerante.

De las suma de las cargas totales: QE = 4,749 Kj/s

      O 

     Ñ     E

      S 

     I

88.2717 247.2224 249.8046 0.945512 281.6536 0.945512 88.2717 -

Volumen X Especifico (calidad) (m3/kg) 0.193428 0 -

E.R.U. = h2 - h1  E.R.U. = (247.2224 – 85.3590) KJ/Kg E.R.U. = 161.8634KJ/Kg

      C 

     U 

Entropía KJ/KgºK

Calculo del Efecto Refrig Refrigerante. erante.

R

    A     N

Entalpía KJ/Kg

Por lo tanto el flujo másico necesario será:

    D

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~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M

o

m

     U        C 

      Ú 

7.6 

    L     A     L     E     D

Q 

4.74966

 E    3600  105.6371    ERU   162.112  



Kg/hr

Calculo de la Potencia del compresor compresor.. Nc = m Wc = m (h3 – h2’) Nc = ((105.6371 NcKg/hr)/3600))( = 0.93456 KW =281.6536 1.25277– 249.8046)KJ/Kg hp

    N         Ó 

7.7 

     I

      C 

Calor derivado por el condensador.

    A     V 

Qc = m (h3 – h4) Qc =((105.6371 Kg/hr)/3600))( 281.6536– 88.2717) KJ/Kg=5.67453 KJ/s Qc = 4880.3865 Kcal/hr = 19 375.2710951Btu/hr

R

    E       S 

    N

      O        C 

7.8 

    A     L     A

Coeficiente de funcionamiento o de performance (eficiencia del ciclo)  ERU       Wc 

    AR



h2  h1   h3

 5.0822

 h

2' 

      t             f

    N

7.9 

Potencia por tonelada de refrige refrigeración. ración.

        Ó 

     I

      C 

 Nc

    A R

Q E

    E     G 

     I

 

1.25277hp 1.25277 hp

R

Q Ton

    E     D     A

1.349TN 1.349 TN

  

v2 .m Q E  

 

3 (0.193428)(105.6371)  15.1469  15.1469m m   / hr .TN 1.349

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

=

3

0.25244 m  /min.TN

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

R

      C 

/ TN

7.10  Caudal volumétrico por tonelada de refrigeración.

R

    F     E

    A     M      Á

 0.92866  0.92866hp hp

VIII. 

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 8.1  SELECCIÓN DEL COMPRESOR.

Se va a emplear un compresor alternativo (reciprocante), ya que según recomendaciones bibliográficas es utilizado para refrigerar menos de 50 Ton, por lo tanto la cantidad en masa a refrigerar está dentro del rango recomendado.

      S 

     I

    D

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~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M

POTENCIA DE COMPRESION R REAL: EAL: 

     U        C 

NCR = (Nc ) eff.tot

      Ú 

    L     A     L     E     D

Dónde:      

    N

Volumétrica ca  ηv: Eficiencia Volumétri Nc: Potencia de Compresión Teóric Teóricaa Eff. Total 0.9

        Ó 

     I

      C 

    A     V 

Para una relación de compresión compresión ε = 6.5 según la figura 12-4 (Dossat) pag. 279, se obtiene que: ηv = 60

%

R

    E

NCR = 1.4988 HP

      S 

    N

      O        C 

    A     L     A

Entonces según la potencia real del compresor o por su capacidad, encontra encontramos mos en las tablas de DANFOSS WLaneurop WLaneurop (ver anexos), y escogemos el modelo de compresor de la marca Danfoss: Danfoss:

    AR       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

⍣⍣⍣⍣⍣⍣  8.2  SELECCIÓN DEL CONDENSADOR. Elegimos un Condensador enfriado por aire de d e tiro forzado con ventilador.

    A     N

CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL CONDENSADOR: 

     U 

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

Ccond = Crefrigeracion x FRC x FDT/FCH  Dónde:  

Ccomp : Capacidad del Compresor

 

FDT : Factor de Diferencia de temperatura UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 

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~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M      U        C 

   

FRC FCH

: Factor de Rechazo de Calor : Factor de correcion de altura

      Ú 

    L     A     L

De la Tabla 14-1A (Dossat) pag. 316 y según las condiciones de temperatura del Evaporador (32 ºF) y la temperatura del Condensador (91.733 ºF) tenemos:

    E     D

FRC = 1.14376

    N         Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E

De la Tabla R-14B (Dossat) pag 576 y para una diferencia de temperatura en el Condensador (DT) hallamos el FDT. DT = Tcond – Text = 91.733 – 77 DT = 14.733 ºF

      S 

    N

      O        C 

    A     L     A

Entonces tenemos que el FDT = 2.0534 De la tabla 14-1C pag. 323 y para una altura promedio de 20m = 65.6168 pies (Para Trujillo) hallamos FCH. FCH = 0.99855

    AR       t             f

    N

Por lo tanto: Ccond = 1.349 Ton x 1.45072 x 2.0534 / 0.99855 Ccond = 3.1729 Ton

        Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

Pero: 1 Ton = 50.4 Cal / min. = 12000 BTU / hora, entonces:

     I

Ccond = 38 074.2925 BTU / hora

R

    F     E R

Según la Tabla R-14A pag. 576 obtenemos:

    E     D     A

   

R

    A     M      Á

   

Tamaño detotal la unidad :: Capacidad # circuitos disponibles: Capacidad por circuito:

3 48 MBTU/hora 2 24 000 BTU/hora

      C 

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

8.3  SELECCIÓN DEL DISPOSITI DISPOSITIVO VO DE EXPANSIÓN EXPANSIÓN.. Dentro de los diferentes dispositivos que cumplen con esta función, el que mejor se ajusta a las condiciones de proyecto es la válvula de expansión termostatica. Para poder seleccionar la válvula adecuada se tienen que considerar los siguientes datos: UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO  INGENIERÍA MECÁNICA

19 ~  ~ 

~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

     

 

Tevaporacion = 32°F = 0 °C Capacidad de refrigeración = 1.349 ton Diferencia de presiones = 1.37033 - 0.3915252Mpa =0.9788048 Mpa=141.9638906lb/pulg2  Temperatura del liquido = 35.435 °C

Utilizando el catalogo 201MSI de la compañía SPORLAN, escogemos:

    N         Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A

Válvula tipo  Capacidad nominal  Capacidad tabla  Capacidad corregida   FCL   FCP  Caída de presión    

 

 

 

: : : : : : :

F 1.5 ton 1.55 ton 3.3015 ton 1.42 1.5 225 Psi

Por lo tanto designamos la siguiente válvula de expansion:

    AR

S F E-1-1/2 FV C / Entrada 3/8” SAE ROSCAR y salida

      t             f

    N

SAE ROSCAR  

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

        Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A

8.4  SELECCIÓN DEL EVAPORADOR. Se utilizará un evaporador de serpentín de tubo aletado por convección forzada (ventilador) con el criterio de que ocupa menor espacio en comparación con el evaporador por convección natural y también porque las aletas incrementan el proceso de transferencia de calor. El flujo de calor que debe ser absorbido en el evaporador es de: Qevap = 16 210.40719 BTU / hora

R

    A     M      Á       C 

    A     N

Con una humedad relativa HR = 81 % y según la Tabla 11-2 (Dossat) pag 245 le corresponde DT = 13 ºF y adicionando la carga del motor del ventilador de 4HP a la carga de enfriamiento requerida se tiene una carga de enfriamient enfriamientoo total de:

     U 

QRT = Qevap + Qmotor Qmotor = 1600 BTU /hora QRT = 16 210.40719 + 1600 QRT = 17 810.407 BTU /hora

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

De la tabla R-8 (Dossat) pag. 561 seleccionamos una unidad enfriadora enfriadora (Evaporador): UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO  INGENIERÍA MECÁNICA

20 ~  ~ 

~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M      U 

 

      C 

 

      Ú 

    L     A     L

     

    E     D

 

    N

 

        Ó 

 

     I

Modelo Superficie Diá. Tubería Nº Motores Motor del Ventilador Nro. Revoluciones Cantidad de Aire Tiro de aire

: UC180 : 566 pies2  : ¾ in 2 : 1/2HP : 1140 rpm. : 2550 pies3 / minuto 20

⍣⍣⍣⍣⍣⍣ 

      C 

    A     V  R

IX. 

SELECCIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A     AR       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A

9.1  DATOS DEL PROYECTO. Para la realización de este proyecto se tiene los siguientes datos:  

Capacidad de refrigeració refrigeración n

Cantidad del Producto Tevap  Pevap   Tcond   Pcond  

 

: 1.349 Ton  : 10 000 Kg de lúcuma  : 32 ºF  : 0.19935 Mpa  : 91.733 ºF : 1.295677 Mpa

R

    E     G 

9.2  MATERIAL UTILIZADO.

     I R

    F     E R

    E     D     A

El tipo de material empleado en tuberías para refrigeración depende del tamaño y naturaleza de la instalación, del refrigerante utilizado, del costo de los materiales y de la mano de obra. Atendiendo a los criterios antes mencionados, la tubería será de cobre, puesto que tiene la ventaja de ser de peso liviano, tiene mayor resistencia a la corrosión y es más fácil de instalar que otros materiales (hierro dulce y acero).

R

    A     M      Á

 

Característicass generales de los tubos de cobre:  Característica

      C 

    A     N

Peso especifico (kg/dm³) Temperatura de fusión (ºC) Calor especifico Temperatura de recocido (ºC) Temperatura de forja (ºC) Alargamiento (%)

     U 

    E     D       O 

     Ñ     E

Estirado

Recocido

8.9 1083 0.092 750-900 3a5

8.9 1083 0.092 500 750-900 28 30

      S 

     I

    D

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INGENIERÍA MECÁNICA

~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

9.3  SELECCIÓN, DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO Y DISTRIBUCION DE LA RED DE TUBERÍAS. La distribución de la red de tuberías es la mostrada en los planos adjuntos. Para un correcto dimensionado de cada tramo se le asigna un número a cada evaporador y una letra a cada nudo en el que confluyen dos tuberías. Así hasta que las tuberías confluyen en los colectores de aspiración, descarga y recipiente de líquido. No es necesario el cálculo de la red de tuberías que se encuentran entre los colectores y los compresores, ya que se corresponderán al diámetro de entrada y salida de cada compresor.

        Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

9.4  PROPIEDADES DEL GAS REFRIGERANTE El gas refrigerante R-22 se encuentra en diferente estado, presión y temperatura a lo largo de la instalación frigorífica, por eso, para la realización del cálculo de la red de tuberías frigoríficas, se debe conocer estos valores, con el fin de realizar correctamen correctamente te el cálculo. Los estados y las propiedades del gas refrigerante en cada zona de nuestra instalación serán las siguientes.

    A     L     A

PUNTO

R

    A       t             f

1 2

    N         Ó 

     I

2’ 

    A

3 4

      C  R

    E     G 

     I R

R

Entalpía

Densidad

(°C) -7.222 -7.222 -3.222 60.127 35.435

(MPa) 0. 3915252 0. 3915252 0. 3915252 1.37033 1.37033,

KJ/Kg 88.2717 247.2224 249.8046 281.6536 88.2717

(Kg /m3) 1352.228 1352.228 1345.311 1226.374 1275.131

Viscosidad Especifica (µPa.s) 195.8 10,465 10.555 50,712 211,533

9.5.1  TUBERIA DE ADMISION.

R

    A     M      Á

Presión

9.5  CALCULO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE DE CADA TRAMO DE TUBERIA

    F     E     E     D     A

Temperatura

De la Tabla 19-3 del Dossat pag. 481: Para Tevap = -13.3996 oF, el tubo de ⁄ tiene 11.696 Ton de capacidad y un P =1.298 lb/pulg2 Longitud Equivalente de la Tubería:

      C 

    A     N

Tubo…………………L pies Accesorios………….. 75 pies Long. Equiv………… L+ 75

     U 

    E     D       O 

Para Tcond = 91.733ºF, el factor de corrección es: 1.071335

      S 

Tonelaje Corregido:

     Ñ     E      I

    D

Ton correg = Ton de capacidad x Factor de corrección UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO  INGENIERÍA MECÁNICA

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~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M

Ton correg = 12.5303 Ton refrig.

     U        C 

      Ú 

    L     A     L

Del gráfico de la pág. 483 T = 2.2 (a

Tevap y P) T = ( long. Equivalente /50 ) x (Ton reales/ Ton tabla) 1.8 

    E     D     N

Entonces:

        Ó 

2.3 = ((L +75) /50)x (12.276/11.696)1.8 

     I

      C 

    A     V 

De donde:

R

L = 25.88225 pie piess

    E       S 

    N

9.5.2  TUBERIA DE DESCARGA.

      O        C 

    A     L     A

De la Tabla 19-3 del Dossat pag. 481:

    AR

Para Tevap = Tevap = -13.3996 oF, el tubo de ⁄ tiene 18.064 Ton de capacidad y un P =6.1 lb/pulg2

      t             f

    N

Longitud Equivalente de la Tubería:

        Ó 

     I

Tubo…………………x pies  Accesorios………….. Accesorios…… …….. 95 pies Long. Equiv………… x + 95 

      C 

    A R

    E     G 

     I R

Para Tcond = 91,733, el factor de corrección es: 0.875597

R

Tonelaje Corregido:

    F     E     E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

Ton correg = Ton de capacidad x Factor de corrección Ton correg. = 15.81678 refrig. Del gráfico de la pág. 483 T = 2.2 (a T cond y P) lo ng. Equivalente /50) x (Ton reales/ Ton de tabla)1.8  T = ( long. Entonces: 2.2 = ((x +95) /50) x (15.81678/18.064)1.8 

    E     D       O 

     Ñ     E

De donde: x = 44.715 pie pies. s.

      S 

     I

    D

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~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M

9.5.3  TUBERIA DE LÍQUIDO.

     U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

Escogeremos una tubería de cobre de ⁄  (tabla 19-3 Dossat) de 12.7 ton de capacidad, basado en una caída de presión de 3.404 lb/pulg 2 por cien pies de tubo equivalente. Asumiremos una longitud de 20 m y una longitud equivalente de 27m.

9.6  CALCULO DEL DIAMETRO DE LAS TUBERIAS

    N         Ó 

     I

      C 

    A     V  R

El primer paso para el dimensionado de la red de tuberías es encontrar el caudal en cada tramo. Para ello calcularemos mediante la siguiente ecuación el caudal necesario de refrigerante en cada evaporador y los caudales másicos se irán sumando a medida que las tuberías vayan unificándose.

    E       S 

    N

Caudal másico, en kg/s:

      O        C 

    A     L     A

   ̇

Dónde:

R

    A       t             f

 

   ̇ : es

la carga térmica necesaria en cada emplazamien emplazamiento, to, o en el caso de más de un evaporador, la parte proporcional de la carga térmica en ese evaporador, expresada W. : es la entalpía del gas refrigerant refrigerantee en la línea de aspiración, en J/kg. : es la entalpía del gas refrigerant refrigerantee en la línea de líquido, en J/ J/kg. kg.

    N         Ó 

 

      C 

 

     I

    A

   ̇

R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

El siguiente paso es el cálculo de caudal volumétrico de cada tramo; este se puede encontrar con una sencilla ecuación: Caudal volumétrico, expresado en m 3 /s:  

   ̇

Dónde:    

   ̇

   ̇ : es el

caudal másico que circula en cada tramo, en kg/s. : es la densidad del fluido frigorífico en ese tramo, en kg/m3,

Una vez conocido este dato, mediante la ecuación de continuidad, podemos calcular el diámetro mínimo necesario en cada tramo. Diámetro mínimo necesario, en m:

√  

      S 

     I

   ̇

    D

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~ 

 

REFRIGERA REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO      A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

Dónde:  

   ̇ : es el

caudal volumétri volumétrico co que circula en cada tramo, expresado en m 3/s. c: es la velocidad del fluido en el tramo

 

Elegiremos las velocidades más altas y con ellas calcularemos el diámetro mínimo de cada tramo de tubería. Luego elegiremos la tubería normalizada que tenga un diámetro interior ligeramente mayor al calculado.

    N         Ó 

     I

9.7  CALCULO DE LAS PERDIDAS DE CARGA

      C 

    A     V  R

    E

El primer cálculo para encontrar la pérdida de carga en el circuito frigorífico es el de la velocidad real a la que circula el fluido por el interior de las tuberías. Para ello utilizaremos la siguiente ecuación.

      S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

    A       t             f

    N

Velocidad real, en m/s:

Dónde:  

   ̇ : es el

 

caudal volumétric volumétricoo que circula en cada tramo, expresado en m 3/s. : es el diámetro interior real elegido para cada tramo, expresado en m.

        Ó 

     I

      C 

El siguiente paso en este proceso es el cálculo del número de Reynolds, mediante la siguiente ecuación.

    A R

    E     G 

Número de Reynolds:

     I R

    F     E

Dónde:

R

 

    E     D     A

 

R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D

 

  

f: es el factor de fricción del tramo, adimensional.

     Ñ     E

      S 

: es el diámetro interior real elegido para cada tramo, expresado en m. : es la viscosidad dinámica del fluido, expresada en Pa·s.

Una vez encontramos el número de Reynolds para cada tramo, nos fijamos en que en todos puntos el régimen es turbulento, ya que el Reynolds es superior a 4000. Para encontrar el factor de fricción se utilizará la ecuación de Haaland, válida para régimen turbulento, la cual se muestra a continuación:

      O 

     I

: es la densidad del fluido frigorífico en ese tramo, en kg/m3. : es la velocidad real a la que circula el fluido por la tubería, en m/s.

 

√ 

Dónde:

 

[

 

⁄

] 

    D

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~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U 

e: es la rugosidad relativa del tubo, para tubos de cobre este valor se corresponde a 0,0015 mm. : es el diámetro interior real elegido para cada tramo, expresado en m. Re: es el número de Reynolds en cada tramo.

 

      C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

   

Con este valor encontraremos, por fin, la pérdida de carga de cada tramo, mediante la ecuación de Darcy-Weisbach.

    N         Ó 

     I

Pérdida de carga del tramo, expresada en Pa.

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E

Dónde: : es el factor de fricción anteriorment anteriormentee calculado para el tramo. : es la longitud equivalente de cada tramo, sumando la longitud real y la longitud equivalente de curvas, válvulas y derivaciones.

   

 

diámetro interior para cadapor tramo, expresado en m. :: es es el la velocidad real a lareal que elegido circula el fluido la tubería, en m/s.

 

La pérdida máxima admisible de las tuberías de líquido no puede ser mayor, a lo equivalente a 1 grado Kelvin, siendo esto 46.200 Pa en este estado del fluido. Si este valor fuera superior al máximo admisible, se aumenta la sección de la tubería hasta que la pérdida de carga sea inferior. Lo mismo ocurre para las tuberías de aspiración y descarga, las cuales su pérdida máxima admisible no debe superar 1 K. Esta pérdida de presión máxima admisible, transformada a unidades de presión, equivale a los siguientes vvalores: alores:

R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

 Aspiración de central de baja temperatura: 11.000 Pa

•

•

 Aspiración de central de media temperatura: 21.000 Pa  Aspiración de central de alta temperatura: 26.200 Pa  Tubería de descarga: 62.500 Pa

•

•

9.8  RESULTADOS  

    E     D

PARA LA TUBERIA DESDE LA VALVULA DE EXPANSION AL EVAPORADO EVAPORADOR R    ̇

      O 

     Ñ     E

   ̇

      S 

     I

    D

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~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M

   ̇

     U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

   ̇

Asumiendo un diámetro normalizado de ½ pulgada, es decir de, 0.0127 m, hallaremos la velocidad, c, a la que pasa el fluido por la tubería:

    N         Ó 

     I

      C 

    A     V 

√  

R

    E       S 

Entonces

    N

      O        C 

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

 

      C 

    A

√ 

R

 

⁄

[

 

] 

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á

 

PARA LA TUBERIA DESDE EL EVAPORADOR AL COMPR COMPRESOR ESOR

      C 

   ̇

    A     N      U 

   ̇

    E     D       O 

   ̇

     Ñ     E

      S 

     I

    D

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~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

Asumiendo un diámetro normalizado de 1/2 pulgada, es decir de, 0.0127 m, hallaremos la velocidad, c, a la que pasa el fluido por la tubería:

      Ú 

    L     A     L

√  

    E     D     N

Entonces

        Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

 

    A

√ 

      t             f

⁄

[

    N

 

 

] 

        Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

 

PARA LA TUBERIA DESDE EL COMPRESOR AL EVAPORADO EVAPORADOR R

    E     D     A

   ̇

R

    A     M      Á

   ̇

      C 

    A     N

   ̇

     U 

    E     D       O 

Asumiendo un diámetro normalizado de 1/2 pulgada, es decir de, 0.0127 m, hallaremos la velocidad, c, a la que pasa el fluido por la tubería:

     Ñ     E

      S 

     I

    D

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~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M

√  

     U        C 

      Ú 

    L     A     L

Entonces

    E     D     N         Ó 

     I

      C 

    A     V  R

    E       S 

 

    N

√ 

      O        C 

 

⁄

[

 

] 

    A     L     A R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

 

PARA LA TUBERIA DESDE EL CONDENSADO CONDENSADOR R HASTA LA VALVULA DE EXPAN EXPANSION SION

    E     G 

   ̇

     I R

    F     E

   ̇

R

    E     D     A R

    A     M      Á

   ̇

Asumiendo un diámetro normalizado de 1/2 pulgada, es decir de, 0.0127 m, hallaremos la velocidad, c, a la que pasa el fluido por la tubería:

      C 

    A     N

√  

     U 

    E     D

Entonces

      O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

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INGENIERÍA MECÁNICA

~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D

 

    N

√ 

        Ó 

     I

 

[

⁄

 

] 

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A

Entonces la caída de presión total, en las tuberías es:

R

    A       t             f

    N         Ó 

     I

X. 

 ACCESORIOS.

      C 

    A R

    E     G 

     I

   

 ACCESORIOS PRINCIPALES Tubería de descarga 

R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D       O 

     Ñ     E

Las tuberías de alta presión que emergen de los compresores las denominaremos tubería tuberíass de descarga y estarán realizadas en tubo de cobre de alta calidad, estirado, sin costuras y deshidratado. Todas las tuberías de descarga de los compresores desembocan en un colector, el cual unificará todas las tuberías en una única. Las líneas de descarga llevarán instaladas válvulas de anti-retorno, con el fin de que cualquier remanente de líquido derivado del condensador, no vuelva a los compresores y puedan llegar a averiarse. Está única tubería pasa por el separador de aceite. Este aceite cae por gravedad en el separador y el gas refrigerante sigue su curso hacia el condensador. El aceite se almacena en un depósito de aceite, el cual lo devuelve al compresor mediante el control de nivel de aceite, que cuando el nivel de aceite disminuye disminuye,, abre el circuito e inyecta aceite al compresor que lo necesite. A modo de ejemplo, para esta instalación se elige un separador de aceite con acumulador de alta presión incorporado de la firma ESK Schultze modelo OSR-14-80/67. La línea de retorno de aceite llevará instalado un filtro de retorno de aceite, con el fin de evitar la entrada de impurezas a los compresores.

      S 

     I

    D

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30 ~  ~ 

INGENIERÍA MECÁNICA

~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

        Ó 

     I

      C 

    A     V  R

Separador de aceite con acumulador ESK Schultze modelo OSR-14-80/67

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

    A       t             f

    N

El hecho de realizar una descarga común conlleva las siguientes ventajas:    

   

        Ó 

 

      C 

 

     I

Simplicidad en la instalación al solo haber una tubería que llega al condensador. Condensador único con un solo circuito, efecto que abarata el coste de instalación respecto a tres condensadores un condensador multicircuito. Recipiente de líquidoo único y un sólo filtro deshidrat deshidratador. ador. Única tubería de líquido, abaratando el coste de instalación. Posibilidad de realizar sistema de desescarche por gas caliente centralizado. Posibilidad de implementar el ssistema istema de condensación flotante uniformemen uniformemente. te.

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á

 

Tubería de líquido 

Del condensador parte el gas refrigerante licuado a través la tubería de líquido, hacia el recipiente. El recipiente de líquido tiene la función de almacenar gas refrigerante licuado y compensar las fluctuaciones de demanda de líquido por los servicios. El recipiente lleva instalados visores con medidores de nivel e incorpora dos válvulas de seguridad en paralelo que en caso de una sobrepresión importante en el circuito, se abrirían dejando escapar el gas refrigerante a través de una tubería al exterior. Este sistema de seguridad se activaría en caso de que todos los demás sistemas dejasen de funcionar. Además, se instalará adicionalmente un sistema de control de nivel de refrigerante, que si se detecta un bajo nivel, este informará a la centralita.

      C 

    A     N      U 

A modo de ejemplo, el recipiente elegido es de la firma Torrecilla, modelo RLV-400, de tipo vertical con 379 dm3 de capacidad y cumple las normativas vigentes sobre recipientes a presión.

    E     D       O 

     Ñ     E

      S 

     I

    D

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31 ~  ~ 

INGENIERÍA MECÁNICA

~ 

 

REFRIG ERACI CI N, CAL CALEF EFAC ACCI CI N Y AIR AIRE E ACO ACOND NDICI ICION ONADO ADO  REFRIGERA     A     M      U        C 

      Ú 

    L     A     L     E     D     N

        Ó 

     I

Recipiente de líquido Torrecilla modelo RLV-400.

      C 

    A     V  R

    E       S 

    N

      O        C 

    A     L     A R

    A       t             f

Del recipiente de líquido parte el gas refrigerante pero primero se hace pasar por un filtro deshidratador de núcleo sólido de la firma Castel con la finalidad de extraer la humedad que pudiera tener el fluido para no dañar la instalación. Una vez el líquido ha pasado por el filtro se distribuye hacia todos los evaporadores. Una vez allí se encuentran con una válvula solenoide que estará abierta siempre que el evaporador demande líquido, llegando luego a la válvula de expansión. Se instalarán válvulas anti-retorno en la línea de líquido para la realización del desescarche por gas caliente. Todas estas válvulas se corresponderán a la firma Danfoss.  

Tuberías de admisión o de aspiración 

    N         Ó 

     I

      C 

    A R

    E     G 

     I R

    F     E R

    E     D     A R

    A     M      Á       C 

    A     N      U 

    E     D

De los evaporadores partirán las líneas de aspiración, realizadas en tubo de cobre aisladas mediante espuma elastómera de 19 mm para baja temperatura y de 13 mm para media y alta temperatura. El recubrimiento de espuma elastómera se coloca como barrera anti-vapor con el fin de evitar condensaciones, según indica el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas. La tubería de aspiración llevará instalada válvulas solenoides para la realización del desescarche por gas caliente, en aquellos evaporadores donde se realicen.  

Tubería de gas caliente 

Los evaporadores que lleven incorporado el desescarche por gas calien caliente, te, tendr tendrán án conectad conectadaa a la salida del mismo una tubería de gas caliente. Esta tubería es un ramal de derivación de la tubería de descarga la cual va a parar a los evaporadores para la realización del desescarche. Llevará incorporados válvulas solenoides para la apertura y cierre del circuito, así como una válvula pilotada que controlará mediante la pérdida de carga del fluido, el caudal necesario para la realización del desescarche. Todas las aperturas de válvulas solenoides se realizarán mediante una doble apertura temporizada. Primeramente se abrirá una válvula de poco diámetro, y posteriormente la válvula general, con el objetivo de evitar roturas por golpes de ariete.

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Presostato de baja: 

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 ACCESORIOS SECUNDARIOS

El presostato de baja es el responsable de parar el compresor antes de que éste llegue hacer el vacío en la instalación.

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Presostato de alta: 

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El presostato de alta es un elemento de seguridad que tiene la función de parar la instalación cuando la presión de ésta es excesiva.

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Este presostato se emplea para mantener una presión de alta constante durante todo el año mediante los ventiladores.  

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El separador de aceite se emplea para recuperar la mayor cantidad de aceite posible para llevarlo al compresor que es donde es realmente útil.  

Filtro deshidratador: 

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Válvula solenoide: 

Detiene la circulación del refrigerante cuando el compresor se para, con el objeto de evitar la excesiva inundación de los serpentines del evaporador, que puede ocasionar un retorno del refrigerante líquido al compresor en el arranque. La válvula de solenoide está conectada eléctricamente al circuito de control de arranque del motor del compresor, de modo que la válvula sea excitada para permanecer abierta cuando el compresor se encuentra en operación normal.

    A     N

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Separador de aceite: 

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Separador de partículas:

El separador de partículas se encuentra al final del evaporador en instalaciones de baja temperatura y que están alimentados por tubo capilar.

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Presostato de condensación: 

La cantidad de humedad que puede haber en la instalación depende del tipo de refrigerante y de la temperatura de evaporación. La cantidad máxima de humedad que son capaces de absorber los refrigerantes viene dada en "partes por millón" (ppm). UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 

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Para detectar la humedad se coloca un detector de humedad, el cual lleva un visor formado por sal de cobalto que es una substancia que tiene la particularidad que cambia de color al absorber humedad. A parte el visor nos permite ver la carga de refrigerante de la instalación.  

Válvula de expansión termostática 

Se utiliza una válvula de expansión termostática para poder regular el paso del refrigerante y poder balancear el flujo de este de acuerdo a las condiciones c ondiciones de operación el compresor y el evaporador.

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Filtro de líquido. 

Elimina materias extrañas introducidas en el sistema de refrigeración antes de que el líquido ingrese en la válvula de solenoide o de expansión. Filtro de la línea de aspiración: Protege las partes móviles del compresor de suciedad, incrustaciones, limaduras, etc., que pueden haberse introducido en el sistema durante las operaciones de montaje o reparación.  

Válvula de seguridad. 

Del tipo resorte, va instalado en la línea de descarga del compresor y la válvula de paso, para proteger el lado de alta del sistema contra presiones excesivas. La descarga de la válvula de seguridad se comunica con la línea de succión del compresor y en e n el caso de que la presión de descarga adquiera un valor excesivo, la válvula de seguridad se abre y deriva la descarga del gas del lado de baja.  

Manómetros y termómetros. 

También es usual la implementación de termómetros y manómetro entre al válvula de paso de la línea de succión y el compresor, es de gran utilidad para poder monitorear las condiciones de succión en que se encuentra trabajando el compresor. Además a veces se utiliza un presostato cuyo objetivo es proteger al compresor.

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XI. 

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CONCLUSIONES.  

Se cumplió con el objetivo tratado, de diseñar una cámara de refrigeración para mantener, preservar y conservar pulpa de lúcuma. 

 

La selección de todos los equipos y accesorios que forman parte del sistema de refrigeración fue realizada correctamente, tomando en cuenta todos los requerimientos y necesidades, de esta forma optimizar los recursos. 

 

Se adquirio un conocimiento mas profundo sobre los principios de diseño de cámaras de refrigeración mediante la búsqueda de información necesaria para este proyecto. 

 

La carga térmica de refrigeración de la camara es de 11.08 Ton de refrigeración, usando como refrigerante R-22 y contando con las siguientes características: 

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Tevap : -13.222 °C Pevap : 0.199335 MPa : 33.185 °C TPcond cond : 1.295677 Mpa

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Es posible mantener refrigerado un producto alimenticio en buen estado (en este caso lúcuma) siempre y cuando se tomen en cuenta parámetros de diseño y funcionamiento adecuados para la cámara de refrigeración así como también las características del producto a refrigerar. 

R

    E     G 

     I R

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XII. 

RECOMENDACIONES

R

    E     D     A

 

diseñar un Sistema de Refrigeración, que tomen en cuenta el producto el cual se va a conservar, co nservar, de esta forma se optimizará al máximo todos los recursos. Ya que uno de los errores que encontramos en el diseño de cámaras frigoríficas es el calcular la capacidad del cuarto solo tomando como referencia el tamaño de la cámara y la temperatura de conservación. Esto podría llevar a dos problemas: el sobredimensionar la cámara o lo que sería más crítico que es subdimensionarla,, donde tendría serios problemas de func subdimensionarla funcionamiento. ionamiento. 

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    A     M      Á       C 

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 

Otro factor que se debe tomar en cuenta para el diseño de la cámara de refrigeración, es la humedad que se requiera dentro del cuarto frió. Puesto que de este factor dependerá la correcta elección de la elección de la Unidad evaporadora. 

 

Se recomienda tener mucho cuidado en el momento de escoger los implementos de control

      O 

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      S 

Se recomienda a todos aquellos que se inclinen por esta área de la mecánica y piensen en

como son: válvulas, reguladores de presión, sensores de temperatura. 

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XIII. 

Para el mantenimiento del sistema de refrigeración y de todas sus partes se recomienda que sea realizado por personal capacitado. capacitado. 

BIBLIOGRAFIA.  

Stoeker W.F – “Refrigerac “Refrigeración ión y Acondicionamiento Acondicionamiento de Aire·” Primera Edicion , Mc Graw Hill Book, Mexico 1978. Tabla A-4, y plano P-h del R-2 R-22 2    DOSSAT, Roy J. “Principios de Refrigeracion” .Editorial Continental. 3 era Edición, 15ava Reimpresión. México.1980. Pags. 187-225 y 559-584.    Catalogo 201MSI de la compañía SPOR SPORLAN. LAN.    Tablas de la compañía DANFOSS WLane WLaneurop. urop. 

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 ANEXOS

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IMÁGENES DE LA CAMARA DE REFRIGERACION DISEÑADA

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Vista de la caja contenedora de la pulpa de lúcuma.

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Vista de la pared de ladrillo a utilizar en la construcción de la cámara.

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Imagen de los anaqueles a utilizar en la cámara para sostener las cajas

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con la pulpa.

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Imagen de la disposición de los materiales utilizados en la cámara.

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I. 

PLANOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACION DISEÑADO

     I R

    F     E R

    E     D     A

Se anexan en el CD que se presentará con el presente informe II. 

 ALGORITMO DE CALCULO CALCULO PARA UN SIS SISTEMA TEMA DE REFRIGERACI REFRIGERACION ON

Se anexan en el CD que se presentará con el presente informe

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    A     M      Á       C 

    A     N      U 

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     Ñ     E

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