REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD YACAMBÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA

Integrantes:

Mirleny MarchenaEmmanuel Peña

Euclides DuinProfesor: Álvaro Pernalete

Curso: Transferencia de calorSección: MA02NOS

Cabudare, Edo. Lara

Cuarto

de

Enfriami

ento

De

Carne

de Res

Introducción

Se describe a continuación mediante el siguiente trabajo la estructura que requiere el

diseño de una cava o cámara de enfriamiento para carne de res, en dicha estructura se incorpora

lo que corresponde a la ingeniería conceptual, la ingeniería de diseño y la ingeniería de detalle

para el proyecto. En cada una de estas fases se presenta un breve desarrollo, para la primera que

corresponde a la ingeniería conceptual se adjuntan todas aquellas definiciones y conceptos

necesarios para la ejecución del trabajo, luego en la ingeniería de diseño se explica mediante

cálculos y demostraciones la realización del diseño y por último en la ingeniería de detalle se

especifican todos aquellos materiales y cantidades de los mismos requeridos para la elaboración

de la cava cuarto de enfriamiento.

Ingeniería Conceptual

Conservación de la carne de res

Como complemento indispensable al proceso de obtención de la carne, se considera el o los procesos mediante los cuales la carne es conservada en buenas condiciones para ser usada, bien como producto fresco para la preparación culinaria directa, o como materia prima básica para la elaboración de productos.

Los cambios que determinan la pérdida de calidad de la carne son de todos los tipos, tanto físicos como químicos y microbiológicos, pero los que revisten mayor gravedad y se producen más rápidamente son los cambios microbiológicos, los que además propician alteraciones de los otros dos órdenes.

La contaminación de la carne de los animales de abasto público o de caza es inevitable, el mismo proceso de sacrificio y la posterior exanguinación, propician la apertura de nuevas vías de invasión de los microorganismos del tracto intestinal a todo el cuerpo del animal y si se considera que mediante la exanguinación se están eliminando los leucocitos y anticuerpos, es muy alta la posibilidad de difusión de estos microorganismos. Adicional a esto, deben considerarse las condiciones de temperatura (39°C aprox.) y de pH (7.0 aprox.) naturales de la canal de un animal (bovino, porcino, ave) sano, con un buen manejo premortal, que no sólo no dificultan sino que favorecen la proliferación microbial.

Mediante la puesta en práctica de procedimientos como la rápida evisceración, el uso de implementos y utensilios limpios, correctas y eficientes operaciones de faenamiento y aplicaciones de ácido láctico superficial a las canales, puede llegarse comercialmente a la minimización de la carga bacteriana inicial, pero no a la eliminación total. Por esto, una vez obtenida la canal debe, inmediatamente, aplicarse un método de conservación que permita prolongar el tiempo de vida útil del producto, posibilitando un real aprovechamiento del mismo.

En general, los métodos de conservación de canales, carne y productos cárnicos se fundamentan en procesos físicos (incrementos y decrementos de la temperatura, transferencia de masa, modificaciones en la presión, colocación de barreras), químicos (adición de sustancias) y físico-químicos.

Entre los procesos físicos para la conservación de la carne de res están aquellos en los que es necesario un incremento en la temperatura que rodea al producto y aquellos que por el contrario requieren un decremento en la temperatura. Para el caso de este proyecto, se estudiará el enfriamiento de la carne de res o decremento de su temperatura, el cual se describe a continuación.

Refrigeración

El proceso de refrigeración para canales y carne se entiende como la disminución de su temperatura hasta valores próximos al punto donde se inicia congelación del agua de la carne, es decir, valores cercanos a -1.5 0C.

Normalmente se considera que la carne, conservada en refrigeración ha estado a una temperatura en un intervalo de 0ºC a 4ºC. Debe distinguirse claramente la diferencia entre la refrigeración y la conservación en refrigeración. En el primer proceso se disminuye la temperatura hasta un valor determinado en el intervalo de refrigeración, en el segundo proceso lo que se hace es mantenerla en este intervalo.

Las demandas energéticas de estos dos procesos son diferentes, siendo generalmente mucho mayores las relativas a la refrigeración que al proceso de conservación en refrigeración. La forma de hacerlo varía con la especie y con las condiciones particulares de la canal y de la carne.

Las canales bovinas una vez obtenidas se encuentran a una temperatura próxima a los 39ºC, permitiendo poder establecer un aceptable potencial de acción con el medio ambiente que puede hallarse a 22°C, por ejemplo. Si se aprovecha esa diferencia de temperatura entre la canal y el ambiente en un sitio que bien puede ser una sala del matadero, la primera fase del proceso de refrigeración se cumplirá allí, permitiendo además que comience a transcurrir parte de los procesos bioquímicos asociados con la muerte y que el agua de lavado de la canal (práctica común en las salas de sacrificio) sea eliminada de la misma, bien sea por goteo o por evaporación. La disminución de la temperatura que se produce aquí es poca, básicamente por el fluido de enfriamiento usado, aire natural, que tiene muy baja capacidad de enfriamiento, sin embargo, el ahorro energético, en algunos casos, puede ser importante. Este proceso conocido como “oreo” puede entenderse como una pre-refrigeración.

La refrigeración de canales se realiza básicamente con aire frío, en una cámara aislada térmicamente hasta conseguir las condiciones finales deseadas. Se varía generalmente la velocidad del aire y la calidad del mismo, esta última propiedad se refiere a la humedad relativa. El agua de humidificación mejora las condiciones térmicas del aire. Un aire seco es menos buen refrigerante que otro a la misma temperatura pero con un 100% de humedad. La velocidad del aire también incide sobre la rata de pérdida del calor de la canal. Una vez consideradas estas características se determina que la mejor forma de enfriar canales de bovino con aire es saturándolo de humedad y moviéndolo a altas velocidades lo que se logra con un proceso conocido comercialmente como turbo-chill, pero es costoso. Condiciones de velocidad del aire más bajas y humedades relativas bajas, dan como resultado tiempos de refrigeración prolongados, con el respectivo efecto sobre la calidad y pérdidas importantes de humedad por evaporación. Velocidades bajas con humedades relativas altas, acortan un poco el tiempo de refrigeración, disminuyen las pérdidas por evaporación y humedecen la superficie de las canales, favoreciendo la proliferación de microorganismos.

Estos dos últimos métodos son menos costosos que el primero, pero también, menos eficientes. Podría pensarse en un fluido de mayor capacidad de refrigeración para ser utilizado en canales de bovino, pero los que mejoran las condiciones térmicas del aire húmedo tienen efecto negativo sobre la canal, comunicando colores, olores y sabores anormales. Un acondicionamiento previo de la canal implica un gasto económico importante que no se justifica para este tipo de proceso.

Una canal más grande se enfriará más lentamente que una pequeña, así como una canal más magra se enfriará más rápidamente que una más grasa, perdiendo más humedad la primera durante el proceso de enfriamiento.

Sistema de Refrigeración por compresión de Vapores

Ciclo básico de la Refrigeración

Por el estudio de las propiedades termodinámicas de las sustancias se facilitó el desarrollo de la refrigeración, pues se descubrió que en algunas de éstas, su punto de ebullición a presión normal es inferior a 0°C (32°F). Aprovechando esta propiedad se obtiene el primer sistema de refrigeración por compresión de gas refrigerante.

El sistema de refrigeración consiste básicamente en cuatro equipos indispensables para obtener un ciclo cerrado.

Compresor. Condensador. Válvula de expansión. Evaporador.

Funcionamiento del ciclo básico de la refrigeración.

El refrigerante es el medio de transporte para extraer la energía en forma de calor desde el evaporador y en el condensador donde será desechado hacia el medio de condensación. Un cambio de estado de líquido a vapor y viceversa permite al refrigerante absorber y descargar grandes cantidades de calor en forma repetitiva, respectivamente.

Existen dos presiones en el sistema mecánico de refrigeración que son la presión de evaporación (baja presión del sistema) y la presión de condensación (alta presión del sistema). El refrigerante líquido es alimentado a la válvula de expansión a alta presión, en el cual lleva a cabo un proceso Isotérmico (antes pasa por un recibidor de líquido y un filtro deshidratador los cuales no son equipos básicos). Esta válvula separa los lados de alta y baja presión.

La válvula termostática de expansión mediante un proceso Isotérmico provoca una caída de presión (reducción de presión) por medio de un pequeño orificio, esto provoca a su vez que el refrigerante, que antes se encontraba en estado líquido reduzca su temperatura (Correspondiente a la nueva presión) y pase a un estado de vapor no saturado (mezcla vapor-líquido).

El refrigerante en estas condiciones entra al evaporador donde debido a su nueva temperatura que es baja, va absorbiendo calor y llega a su estado de vapor saturado, el cual desarrollo un proceso Isobárico. El calor fluye a través de las tuberías del evaporador hacía el refrigerante, esta absorción del calor por el refrigerante continúa hasta que al salir del evaporador, tiene una característica de vapor con cierto grado de sobrecalentamiento.

Una vez que se ha absorbido calor en el evaporador, el vapor refrigerante viaja a través de la línea de succión hacia la entrada del compresor. El compresor mediante un proceso Isoentrópico toma el vapor a baja presión y fo comprime aumentando tanto su presión como su temperatura hasta superar la del medio de condensación, esto con el fin de que haya transferencia de calor de él vapor comprimido hacia el medio de condensación. El vapor caliente y a alta presión es bombeado fuera del compresor a través de la válvula de descarga hacia el condensador.

El condensador es un intercambiador de calor en el cual se enfría el vapor que viene del compresor (Proceso Isobarico). Conforme la temperatura del vapor refrigerante alcanza la temperatura de saturación correspondiente a la alta presión del condensador, el vapor se condensa (se vuelve líquido) y fluye al recibidor, de donde se alimentará a la válvula de expansión para comenzar nuevamente el ciclo.

Cuarto o cámara de Refrigeración

Una cámara de refrigeración' es un recinto aislado térmicamente dentro del cual se contiene materia para extraer su energía térmica. Esta extracción de energía se realiza por medio de un sistema de refrigeración. Su principal aplicación es en la conservación de alimentos o productos químicos.

En la termodinámica clásica se la puede considerar como un sistema cerrado, debido a que la materia contenida en ella no entra en contacto con el exterior, mas no así su energía propia.

Principio de Funcionamiento

A diferencia de lo comúnmente pensado una cámara de refrigeración no enfría, sino más bien extrae la energía expresada en calor contenida en su interior, todo esto por medio de un sistema frigorífico. Para esto en el interior de la cámara se ubica uno o más evaporadores de refrigerante (generalmente de tiro forzado, bien sea para evaporadores de expansión directa o evaporadores inundados según la naturaleza del sistema frigorífico), mientras el resto de los componentes del sistema se encuentran remotos.

El objetivo del evaporador es absorber la energía térmica -expresado como calor latente- al sucederse el cambio de estado del refrigerante; mientras el líquido se va evaporando a baja temperatura al interior de este intercambiador de calor este absorbe energía térmica del aire que circula por las paredes exteriores del evaporador. A su vez, el suministro de refrigerante es controlado por una válvula de expansión.

Por su parte, la cámara debe estar aislada térmicamente a fin de minimizar la transferencia de calor por su estructura propia. Esto se logra gracias a paneles frigoríficos construidos con polímeros sintéticos de bajo coeficiente de transferencia de calor.

Constitución Física

La constitución o materialización de una cámara de refrigeración se define en función de la solicitación térmica y condiciones medioambientales a las que esté sometida, es decir, su carga térmica y temperaturas tanto exterior como interior, entre otros parámetros a considerar. En resumidas cuentas, lo que define la materialización –y en la actualidad- de las cámaras son los paneles autosoportantes de Poliestireno (POL), Poliuretano expandido (PUR) y Poliisocianurato (PIR) revestidos en láminas de acero prepintado.

Paneles

Estos paneles constituidos por polímeros sintéticos tienen un bajo coeficiente global de transferencia de calor debido al bajo coeficiente de conductividad térmica de sus materiales (principalmente el material aislante), que minimiza las pérdidas por conducción y convección entre los lados interior y exterior de la cámara. A su vez, estos paneles están disponibles en distintos espesores lo que implica una variación indirectamente proporcional a su coeficiente global de

transferencia de calor. De esta manera –y a modo de ejemplo- a mayor diferencia de temperatura exterior e interior, mayor espesor de panel para un mismo material.

Techos y pisos

Existen distintas soluciones para techos y pisos de cámaras de refrigeración conforme su tamaño y temperatura de operación. En cámaras pequeñas, para los techos se pueden usar desde los mismos paneles de los paramentos verticales, dándole acabados especiales, hasta usar paneles especialmente diseñados para este fin, que tienen una terminación y ensamble especial (a pedido), En cámaras de mayor envergadura, estos deben ir colgados a la estructura matriz que cobija la cámara por medio de anclajes o elementos especiales; esto se hará por medio de cadenas o piolas metálicas, según su peso propio. Conforme el tamaño e intensidad de tráfico de la cámara se pueden utilizar panales especialmente diseñados para ser utilizados como panel-piso los que tienen un revestimiento especial que permite un tráfico ligero pero no admiten vehículo motorizado alguno como los clásicos montacargas de cámaras industriales.

Suelos

Para dar solución a los suelos de las cámaras frigoríficas existen también variadas soluciones conforme tamaño y temperatura de diseño; Sin embargo el criterio que prima es la temperatura de operación de la misma; si la cámara ha de trabajar por debajo de 0ºC tiene que tener un suelo tratado y libre de humedad para evitar la congelación, por transmisión, de la humedad propia de la tierra, evento que por dilatación de los cristales de hielo provocará fisuras o levantamientos en el suelo de la cámara. Para esto se debe reemplazar parte del material de suelo por paneles frigoríficos hasta de cubrir toda el área de la cámara a edificar. Luego ha de trazarse el cimiento de hormigón armado para sea cual sea la cámara de temperatura negativa.

Ingeniería Básica

Descripción del Proyecto

Se tomará en cuenta en diseño y cálculo de una cámara frigorífica para almacenamiento de carne de res en canal. La capacidad de las cámaras frigoríficas en cuanto a volumen se refiere, será fijada según el producto a almacenar, enfriar o congelar y de acuerdo a las condiciones de temperatura que se deba obtener para cada producto. Requisitos de construcción e higiénico-sanitarios

El piso estará construido con material impermeable antideslizante y no atacable por los ácidos grasos. Los ángulos de encuentro con paredes y columnas serán redondeados y el piso se hallará al mismo nivel o superior de los pisos exteriores.

Las paredes de las cámaras frigoríficas en su cara interior estarán recubiertas con materiales de fácil limpieza, lisos, impermeables, resistentes a la corrosión y de colores claros; todos los ángulos serán redondeados y las juntas de materiales impermeables. El techo debe ser

de construcción similar al de las paredes. El cielo raso deberá ser de material impermeable e incombustible y de fácil limpieza.

Cualquier material aislante térmico que se utilice, deberá ser colocado en forma tal, que permita el cumplimiento de lo especificado para paredes y techos y no tener contacto con el ambiente interno o externo de la cámara frigorífica.

Las puertas serán de hoja llena, provistas de material aislante térmico. Se admite en su construcción la madera revestida en su totalidad por material metálico no corrosivo y no oxidable u otro elemento siempre que sea inodoro, poco higroscópico e impermeabilizado.

La altura de las puertas y su ancho en las cámaras y antecámaras estarán en concordancia con los fines a que se destine el local. Las puertas deberán permitir su apertura también desde el interior de las cámaras.

Las columnas deberán reunir los mismos requisitos exigidos para las paredes.

Todas las cámaras deberán estar provistas de iluminación artificial, con llave de encendido dentro y fuera de las cámaras. Su capacidad lumínica será de cuarenta (40) a sesenta (60) unidades Lux, 1= Watt/pie2.

Cuando se utilicen estanterías, éstas deberán ser metálicas o de material impermeable de fácil lavado y responder a las especificaciones que en cada caso se determinan en este caso.

La ventilación de las cámaras frigoríficas y la renovación del aire, será tal que evite la alteración de la mercadería almacenada.

Los rieles destinados a reses de la especie vacuna estarán a una distancia mínima entre sí de ochenta (80) centímetros y se hallarán a no menos de sesenta (60) centímetros de las paredes, equipo de enfriamiento o cualquier otro elemento constructivo o funcional que haya dentro de las cámaras. Los rieles se colocarán a no menos de treinta (30) centímetros del techo.

Condiciones de Diseño

Condiciones climatológicas del lugar

Humedad relativa: 30% Temperatura de bulbo húmedo: 63° F Temperatura de bulbo seco: 84° F Temperatura máxima exterior: 87.8º F Temperatura interior de diseño: 32° F Velocidad exterior del aire: 18.64 mph Velocidad interior del aire: 3mph Calor especifico arriba del punto de congelación: 0.75 BTU/lb º F Calor Específico abajo del punto de congelación: 0.40 BTU/lb º F Calor latente de fusión: 54 BTU/lb

Descripción y características del producto

Todos los canales pesan aproximadamente 120 Kg. El canal es el cuerpo de la res al cual se le ha retirado, durante su sacrificio, la piel, las manos, las patas y las vísceras. Luego de realizados todos los procesos higiénicamente a la res, el canal se divide en dos partes iguales, llamadas medios canales, cortando longitudinalmente, con una sierra, la columna vertebral desde la cadera hasta el cuello. Esta división tiene por objeto facilitar su manipulación.

Por último el canal se corta en cuartos delanteros y traseros haciendo el corte cerca de la 12a Vértebra, conocido como corte tradicional y el corte a la 5a costilla, conocida como corte americano.

El canal se comercializa:

A) Fresca: El canal pasa por un proceso de oreo en un salón acondicionando para tal fin. Su vida es corta, aproximadamente 20 horas después del sacrificio, cuando el consumidor final la compra, debe consumirla en corto tiempo o conservarla refrigerada. La distribución se realiza en vehículos técnicamente acondicionados para el efecto.

B) En frío: La canal es sometida a un proceso de oreo y refrigeración, lo cual garantiza la calidad de la misma y evita su exposición a agentes externos contaminantes. Este proceso reviste especial importancia pues es a través de él, donde la carne adquiere mayor terneza y un excelente color. La distribución se hace en vehículos acondicionados y con sistema de refrigeración.

Por lo tanto el producto tendrá una temperatura de entrada de 10°C. De forma simplificada, las fases de sacrificio y preparación son:

• Apuntillado.• Elevación mediante polipasto y transferencia a la vía de sangrado.• Corte de cuernos y patas delanteras.• Corte de patas traseras e inicio del despellejado por las patas traseras y transferencia de la línea de sangrado a la línea de faenado.• Corte de cabeza y preparación de la misma.• Preparación para el despellejado automático.• Preparación de las patas delanteras para el despellejado automático.• Despellejado automático.• Corte ventral para evisceración.• Evisceración.• Corte en canal (manual o mecanizado).• Inspección y ducha.

El bastidor de la máquina está hecho de acero galvanizado. Después del faenado visto en la figura, las canales son lavadas superficialmente y se envían a una sala de refrigeración, donde la temperatura se baja rápidamente durante las seis primeras horas para evitar el desarrollo

bacteriano. En las siguientes diez-doce horas se continúa el descenso térmico hasta llegar a unos 4° C. En la carne de vacuno, la maduración de la misma se consigue en 14-17 días a la temperatura de 0 a -1,5° C es decir de 29.3 a 32 º F.

Condiciones de almacenamiento y conservación

Temperatura de entrada 50º F Temperatura de almacenamiento 32º F Tiempo de almacenaje 14 días Calor específico arriba del punto de congelación CeA = 0.75 BTU/lb º F Calor específico abajo del punto de congelación CeB = 0.40 BTU/lb º F Calor latente de fusión CL = 98 BTU/lb Punto de congelación Tc = 29.3 º F Capacidad de almacenaje 64800kg (142560 lb) Flujo diario del producto 16200kg (35640 lb) Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica 24 hr Humedad relativa en la cámara 90%

Temperatura de Entrada (Mentor temperatura, Mayor duración de la carne)

Las temperaturas frías (en o debajo del punto de congelación) son beneficiosas porque retardan el crecimiento bacteriano y aminoran la acción de las enzimas musculares de la carne. El almacenamiento a largo plazo se hace mediante la congelación, que podría representar una disminución paulatina en aceptabilidad de sabor y olor. Además, la rapidez y el método de congelación pueden influir en la calidad de la carne.

Temperatura correcta al almacenar carne de res

La humedad relativa debe ser del 85 al 90%. Muchas veces, la humedad es demasiado baja, lo cual puede causar un secado y una pérdida excesiva de los productos cárnicos.

Duración de la carne congelada.

Típicamente, la carne fresca correctamente almacenada durará de 4 a 6 semanas a partir de la fecha de su empacado. La carne fresca congelada a -18°C puede guardarse almacenada por 6 meses, y la carne fresca congelada a -23°C por un año, sin perder calidad notable.

Manejo de la Temperatura de conservación

Tomaremos una temperatura de congelación de 29.3 ° F, el tiempo para abatir la carga térmica será de 24 hr.

Capacidad de Almacenamiento

La capacidad de almacenamiento de este proyecto es de 64800 kg. (142859.4 lb) y el flujo diario del producto es de 16200 kg. (35714.84 lb)

Tiempo de almacenamiento

El tiempo de almacenamiento será de 2 semanas.

Volumen de Almacenamiento

El volumen total de la cámara frigorífica de este estudio será de:

Dimensiones del espacio por refrigerar

Materiales de Construcción

Los materiales con los que estará construida nuestra cámara frigorífica se mencionan en la siguiente tabla:

Cálculo de la carga térmica (Balance térmico)

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

En general se puede decir que se tiene las siguientes cargas parciales:

Carga térmica generada por el producto Carga térmica generada por transmisión a través de paredes Carga térmica generada por alumbrado y equipo

Carga térmica generada por el producto

Al producto es a quien se le debe retirar calor principalmente para que un determinado fluido o espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad.

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

El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, si no también algunos otros materiales que complementan la función de contener y manejar el producto.

Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se requiere mantener el producto o espacio.

Para poder determinar la carga por producto se considera lo siguiente:

• Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación o criogenia).• Tipo de calor a eliminar (calor sensible, calor latente o ambos).

Carga térmica generada por transmisión a través de paredes

Este concepto se calcula por la expresión general:

Q = A×U × DT (BTU/hr)

Dónde:

Q= calor total de transmisión a través de paredes

A= área de exposición

U=coeficiente global de transferencia de calor

DT=diferencia de temperatura (exterior menos interior)

En el caso particular de la refrigeración, las paredes deberán llevar una capa de aislante térmico de 2 o pulgadas.

Todo elemento que separa a las masas de fluidos a diferentes temperaturas está sujeto a un paso de calor que va desde el caliente hacia el frío, y si el cuerpo que los separa es de material homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento según una recta.

La cantidad de calor fluye a través de una pared de espesor “e”, se calcula de la siguiente manera.

En donde:

q = Cantidad de calor transmitido. (BTU/hr).A = Área de transmisión. (ft2).k = Coeficiente especifico de conductividad térmica. (BTU pulg/hr ft2 °F).e = Espesor de la pared. (pulg).T1 = Temperatura de entrada (°F).T2 = Temperatura de salida (°F).

En el mismo caso del cálculo para el suelo, la temperatura exterior no será la misma, por lo tanto se deberá calcular de la siguiente forma:

Dónde:

Tsubsuelo = Temperatura del suelo dentro del espacio.

Text = Temperatura exterior de la cámara frigorífica.

Tint = Temperatura interior de la cámara frigorífica.

El coeficiente específico de conductividad térmica (k) es numéricamente igual a la cantidad de calor que se pasa por una placa de material considerado de 1 ft2 sección por 1 pulg. de espesor cuando existe 1° F de diferencia entre sus 2 caras en 1 hr.

Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que se transmite o fluye a través de las paredes compuestas de un solo material.

Conductancia de la capa superficial de aire

Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de 1.65 para f2 para paredes interiores casi sin movimiento de aire, y f1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos hasta 24 Km. /hr (15 millas/hr) o en su defecto calcular dichos valores mediante las siguientes expresiones.

f = 1.6 + 0.3v (para paredes lisas)

f = 2.0 + 0.4v (para paredes medianamente rugosas)

f = 2.1 + 0.5v (para paredes muy rugosas)

En donde:

V = Velocidad del aire en millas/hr.

f = Factor de la película de aire.

Coeficiente de conductividad térmica

La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta por dos o más materiales que se paran a dos fluidos que se encuentran a diferente temperatura.

En donde:

Q = Calor transferido. (BTU/hr ó Kcal. /hr)

A = Área expuesta al flujo de calor. (ft2 ó m2)

U = Coeficiente de conductividad térmica total. (BTU/hr °F ft2 ó Kcal/hr m2 °C)

DT = Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el interior (°C o °F)

CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA POR ALUMBRADO Y EQUIPO.

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

1 watt = 3.415 BTU/hr

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

Qalumbrado = (No. De lámparas) (watts de cada lámpara) (3.415) = (BTU/hr)

Dónde:

Qalumbrado = Calor desprendido por el alumbrado dentro del espacio

No. De lámparas = Cantidad de lámparas dentro del espacio

Watts de cada lámpara = La cantidad de watt con la que alumbra cada lámpara

3.415 = Factor de conversión de Watts a BTU/hr

Como sabemos todas las maquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean parte de su energía consumida en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor.

El calor cedido al espacio por los mores y sus máquinas conducidas afectan a dicho medio en tres maneras:

1. Si el motor y la maquina se encuentran en el interior del espacio frío, el calor cedido será igual al de la siguiente expresión:

Dónde:

Q = Calor desprendido por equipo-paquete

N = La potencia del motor en HP

h = Rendimiento mecánico del motor

746 = Factor de conversión de Hp a Watts

3.415 = Factor de conversión de Watts a BTU/hr

2. Si el motor esta fuera del espacio y la máquina en el interior del espacio, el calor desarrollado está dado por:

Dónde:

Q = Calor desprendido por equipo-paquete

N = Potencia del motor en HP

746 = Factor de conversión de Hp a Watts

3.415 = Factor de conversión de Watts a BTU/hr

3. Si el motor está dentro del espacio y la maquina fuera, el calor emitido será:

Dónde:

N = Potencia del motor eléctrico (HP).

h = Rendimiento del motor eléctrico (%).

746 = Factor de conversión de HP a Watts.

3.415 = Factor de conversión de watts a BTU/hr.

Para:

Dónde:

QAyE = Calor total desprendido por alumbrad y equipo

QA = Calor desprendido por alumbrado

QE = Calor desprendido por equipo

Cálculo de la carga térmica total

Después de realizar los cálculos anteriores se procede a efectuar la suma de cada punto calculado, a fin de obtener la carga térmica total y de esta forma conocer la cantidad de calor que deberá retirársele a nuestro espacio y/o producto a refrigerar.

Entonces tenemos que:

• Carga térmica generada por el producto.• Carga térmica generada por transmisión a través de paredes.• Carga térmica generada por alumbrado y equipo.

Por lo tanto:

Dónde:

QT = Calor total que se le retirará al espacio

QPROD = Calor que desprendió el producto

QTRANSM.PAREDES = Calor transmitido a través de paredes

QALUMB. Y EQUIPO = Calor transmitido por alumbrado y equipo

CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEL SISTEMA.

Para realizar el cálculo de la nuestro balance térmico se procede a conocer los datos necesarios los cuales serán proporcionados por nuestro equipo de enfriamiento secundario y mediante la siguiente formula podremos obtener nuestra carga total.

Dónde:

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

m = Cantidad de masa del producto. (lb)

Cpa = Calor específico arriba de del punto de congelación. (BTU/lb. °F)

ΔT = Diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final. (°F)

Se tomara esta fórmula debido a que solo se disipara calor sensible, o sea que no habrá ningún cambio de estado físico, de modo que nuestro cálculo será de la siguiente forma:

Dónde:

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

m = Cantidad de masa del producto. (lb)

CP = Calor específico arriba de del punto de congelación. (BTU/lb. °F)

ΔT = Diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final. (°F)

A continuación se realizaran los respectivos cálculos, para poder obtener así la carga térmica que tendrá que ser disipada por nuestro sistema de refrigeración.

Transmisión de Calor a través de paredes

Calculando los espesores para el poliestireno y el poliuretano:

Para el poliestireno:

Para el poliuretano:

Para el cálculo de la transmisión de calor a través de las paredes calculamos f que es el factor de conductividad de la película de aire:

Ahora calculando el coeficiente global de transferencia de calor U para las paredes tenemos que:

Calculando el calor (Q) que transfieren las paredes:

Este es el calor por cada una de las paredes largas.

Este calor es por cada una de las paredes anchas.

Calculando el coeficiente de transferencia de calor global U para la puerta tenemos que:

Calculando el calor (Q) se transfiere a través de la puerta:

Calculando el calor (Q) que transfiere el techo:

Calculando los parámetros para el suelo:

Para la temperatura del subsuelo:

Calculando el coeficiente de transferencia global U tenemos que:

Calculando el calor (Q) que transfiere el piso:

Para obtener el calor total de transferencia de calor a través de paredes tenemos que:

Calor Producido Por el Producto

Datos

Calculando el calor sensible que se retirará al producto:

Transferencia de Calor por Alumbrado y Equipo

Se consideraran 6 motores eléctricos

El rendimiento mecánico se obtiene de catálogo de fabricación factor de conversión de 1Watt a BTU/hr

Datos

Por norma se dice que por cada pie2 habrá 1 Watt:

Ahora lo calcularemos como nos dice la teoría:

Como sabemos hoy en día en los sistemas de refrigeración se utiliza los denominados “Equipos-Paquete” que van dentro de la cámara por lo tanto calcularemos el calor desprendido por el equipo denominado:

Calor total que albergará la cámara frigorífica

CARGA TERMICA CALOR(BTU/hr)

Transmisión por paredes 268783,132

Transmisión por producto -20047,5

Transmisión por alumbrado y equipo

46786,992

Total 295522.624

Ingeniería de Detalle

Selección del Equipo

El refrigerante a utilizar en el sistema de refrigeración en la cámara frigorífica es R-22 HCFC (hidrocloroflurocarburo), es un refrigerante con potencial de agotamiento de la capa de ozono menor a 0.1, ya que contiene más de un átomo de hidrogeno lo que lo hace menos estable y le permite descomponerse más rápidamente en la atmósfera baja antes de alcanzar la estratosfera. Por estas condiciones los fabricantes de refrigeración han decidido utilizarlo para aplicación comercial y para satisfacer temperaturas arriba del punto de congelación de los productos.

Refrigerante: R-22

• Temperatura requerida: 32°F (0°C)• Capacidad del sistema: 28 TR• Condensador: Enfriado por aire• Condiciones atmosféricas: TBS = 84°F (29°C); TBH= 64°F (18 °C)

Propiedades de R-22

Características de R-22

Este refrigerante es del grupo de los HCFC, inicialmente estaba diseñado para aire acondicionado pero hasta hace poco se empieza a emplear para todo.

Evapora a -40.8°C a presión atmosférica, es miscible con el aceite mineral y sintético pero en bajas temperaturas es recomendable utilizar separador de aceite.

Acepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la temperatura de descarga.

Absorbe 8 veces más humedad que el R-12.

En la selección de equipo primero se seleccionara una unidad condensadora con una capacidad que satisfaga las necesidades de extracción de calor de nuestro espacio por refrigerar.Los equipos a seleccionar son de la marca FRIGUS BOHN, se seleccionó esta marca debido a que se adecua a nuestras necesidades, ya que sus equipos manejan refrigerante R-22 que fue el que seleccionamos.

Para realizar una selección de equipo tomamos en cuenta el resultado arrojado por nuestro balance térmico, que en este caso fue de 295522.624 BTU/hr que es la cantidad de calor que va a disipar dicho condensador.

Ahora entramos a los catálogos de Bohn y buscamos una máquina que de acuerdo a nuestra temperatura requerida y a la carga térmica por eliminar que cumpla con nuestras condiciones.

En nuestro caso como la capacidad de los equipos propuestos por el fabricante no hay uno con dicha capacidad de nuestro equipo entonces seleccionaremos dos y así cumplir con el abatimiento de nuestra carga térmica.

Por lo tanto seleccionaremos dos máquinas BLV2500H2, la cual como se observa en la tabla de selección del fabricante, tiene una capacidad de absorción de 189200 BTU/hr a 25°F de temperatura de succión saturación (Temp. De evaporación del refrigerante) trabajando a una temperatura ambiente de 90°F, esta máquina o unidad paquete cuenta con un compresor de 40 HP.

Para seleccionar el o los evaporadores adecuados, debemos tomar en cuenta la altura a la que estarán colocados y el tiro de aire que se desea obtener de ellos, ya que un evaporador con ventiladores pequeños no brindaría una circulación adecuada de aire, además debemos tener en cuenta que si la temperatura del cuarto es menor a 32°F deberá tener un sistema de deshielo eléctrico (por resistencias eléctricas).Para nuestro proyecto los evaporadores adecuados son 3,

tipo BHL- 1050-CPA el cual disipa 105, 000 BTU/hr, como son evaporadores tenemos en total 315, 000.

Elemento Descripción Unidad Cantidad

Válvula de Expansión R22 Unidad 1

Evaporadores BHL-1050-CPA Unidad 3

Condensador BLV2500H2 Unidad 1

Compresor 4DH3-250E Unidad 2

Conclusión

En base al estudio realizado, se pudo describir de la manera más breve una ejemplificación de diseño de un equipo, lográndose esquematizar los pasos, procedimientos, métodos y técnicas que involucra dicho trabajo. También se pudo verificar que mediante las disciplinas de la ingeniería en cuanto a su estudio es posible la organización y realización de un procedimiento para el logro de un objetivo en específico como era en este caso el diseño de una cava de enfriamiento.