CÁLCULO DE INSTALACIONES FRIGORÍFICOS Carga total de refrigeración

CÁLCULO DE INSTALACIONES FRIGORÍFICOS
Carga total de refrigeración
La carga total de una instalación frigorífica es el número de frigorías que debe obtener, o dicho de
manera más correcta, la cantidad de calorías que deben extraerse a fin de mantener la temperatura
deseada en la cámara, nevera o recipiente a enfriar.
Dicha cifra procede del total de calor que entra en el espacio a refrigerar por el conjunto de las tres
causas siguientes:
1. Pérdidas a través de las paredes.
2. Pérdidas por servicio (Uso de puertas, alumbrados, calor del personal, u otras fuentes de calor).
3. Pérdidas por las cargas de géneros que entre a diario.
Pérdidas a través de las paredes
La cantidad de calor por pérdidas a través de las paredes depende de tres factores:
1. Superficie total exterior de la cámara.
2. Aislamiento empleado.
3. Diferencia de temperatura entre la del ambiente exterior donde se halla instalada la cámara, y la
que debe obtenerse en su interior.
Como es natural, cuanto mayor sea la superficie total exterior, mayor será la cantidad de calor que
deberá extraerse. Si el aislamiento es de mayor espesor, menores serán las pérdidas a través del
mismo, y más calor deberá absorberse cuando mayor sea la deferencia de temperatura entre el
exterior y el interior del espacio a refrigerar.
El primer paso para obtener las pérdidas por paredes consiste en determinar la superficie total de la
cámara. Para obtener dicha superficie puede emplearse la siguiente fórmula:
S= 2(axb) + 2(bxc) + 2(cxa)
a= ancho exterior
b= fondo exterior
c= alto exterior
Conociendo ya este dato, y determinando el espesor del aislamiento con que se efectuará el
recubrimiento de la cámara, se buscará entonces el coeficiente de transmisión correspondiente a
dicho aislamiento, en relación con la tabla siguiente:
Coeficiente k de transmisión de los materiales aislantes
Espesor en
mm
Corcho
50
75
100
125
150
200
0,70
0,66
0,50
0,41
0,33
0,25
Fibra de Poliestireno
vidrio
Frigoría/hora/m2/ºC
0,70
0,66
0,52
0,49
0,35
0,33
0,31
0,29
0,27
0,25
0,18
0,16
Lana
mineral
0,62
0,47
0,31
0,27
0,23
0,16
Se pasará entonces a establecer la diferencia de temperatura entre el ambiente exterior y el interior
de la cámara. La temperatura exterior se calcula para la época más caliente y la temperatura interior
depende de la naturaleza del producto.
S= superficie exterior de la cámara en metros cuadrados.
K= coeficiente de transmisión del aislante.
(T-t)= diferencia de la temperatura.
Se obtendrá la cantidad de frigorías a producir por día, usando la fórmula siguiente:
S x K x (T-t) x 24 horas=Frigorías en 24 horas por pérdidas a través de paredes.
Pérdidas por servicio
La cantidad de calor que entra en la cámara depende del número de veces que se abran las
puertas.
Estos son algunos porcentajes de pérdidas por abertura de puertas, alumbrado, calor del personal.
Grandes cámaras de conservación
10%
Para detallistas
25%
Para restaurantes, bares y pastelerías
40%
Pérdidas por calor debido a motores eléctricos.
En el cálculo de perdidas debe tenerse en cuenta el calor que aportan los motores y los
ventiladores en los sistemas empleados con evaporadores de aire forzado. Un caballo de vapor
equivale a 632 calorías por hora. 1 cv=632 calorías/horas.
Pérdidas por la carga de género
Para conservación de productos a temperaturas, sobre
Cero grados centígrados.
1. Cantidad en kilos de género que entra diariamente
en la cámara.
2. Diferencia de temperatura del género a su entrada y la
que debe obtenerse en el interior.
3. Calor específico del producto a enfriar.
Pérdidas por reacción y renovación de aire en frutas y
verduras.
En la conservación de frutas y verduras debe recordarse se trata de materias vivas, las cuales se
hallan, por consiguiente, sujetos a cambios durante su almacenamiento. Estos cambios son debidos
a la respiración, o proceso en que el oxígeno del aire se combina con el carbono de los tejidos de las
frutas.
A fin de evitar la formación de gases durante el citado periodo de vida propia de las frutas debe
dotarse a las cámaras de una renovación de aire adecuado, que normalmente, y para instalaciones
de regular capacidad, se calcula a un promedio de cuatro renovaciones totales del volumen de aire
de la cámara por día.
Las pérdidas de renovación por día se calculan así:
Volumen de la cámara en m3 x 4 renovaciones x 20 frig/día por m3.
Obtención de la carga total
Se suman las perdidas:
Pérdidas por paredes + pérdidas por servicio + pérdidas por carga.
Finalmente, con objeto de cubrir todo posible improvisto, se acostumbra añadir a la cifra obtenida el
llamado coeficiente de seguridad, que normalmente puede calcularse en un 10%.
Tabla
Calores específicos y temperaturas de conservación y congelación de diversos productos
alimenticios y líquidos
Conservación
Alimentos
Ternera
Buey
Cordero
Cerdo
Aves
Pescado
Marisco
Manzana
Melones
Naranjas
Peras
Lechugas
Tomates
Leches
Huevos
Agua
Cerveza
Temperaturas
recomendadas
a ºC
Calor
específico
sobre 0ºC
Frig/día/kg
2a4
2a4
2a4
2a4
1a3
-1 a 2
0a2
2a6
1a3
1a3
1a3
2a7
10 a 13
2a6
0,5 a 2
6a8
2a5
0,70
0,77
0,67
0,65
0,80
0,82
0,84
0,92
0,90
0,92
0,90
0,95
0,95
0,93
0,76
1,00
0,90
H. R.
%
80/85
80/85
80/85
80/85
80/85
90/95
80/85
80/85
80/85
80/85
85/90
85/90
85/90
80/85
80/85
Congelación
Temperatura
Respiración recomendadas
Frig/día/kg
ºC
-15/20
-15/20
-12/15
-8/10
-12/15
-15/20
0,41
0,55
0,38
3,64
4,44
0,27
Calor
específico
sobre 0ºC
Frig/dí/kg
Calor
latente
congelación
Frig/día/kg
0,40
0,42
0,37
0,36
0,42
0,41
0,45
0,39
0,35
0,40
0,45
0,48
0,48
0,47
0,40
51
56
47
36
59
61
67
67
71
68
67
75
75
70
56
Calcular la instalación desinada al enfriamiento de una cámara para conservación de carne de cerdo,
siendo los datos conocidos:
a
b
c
Medidas exteriores de la cámara 3(ancho) x 2(fondo) x 2,70(alto) m
Espesor del aislamiento de corcho: 10 cm
Temperatura a obtener: 3ºC
Temperatura máxima ambiente exterior: 30ºC
Entrada de género al día 300 kilos.
Solución
Lo primero que se realiza, es el cálculo de las superficies de las paredes, techo y piso.
S= 2(axb) + 2(bxc) + 2(cxa)
S= 2 (3x2) + 2(2x2,70) + 2(2,70x3)
S= 2(6) + 2(5.4) + 2(8.1)
S= 12 + 10.8 + 16.2
S=39m2
Se efectúa el correspondiente cálculo de pérdida por paredes
Superficie de la cámara x coeficiente de aislamiento x diferencia de temperatura x 24 horas
39m2 x 0,5 frig/h/m2/ºC x 27ºC x 24 h = 12 636 frig/día
Pérdidas por servicio
25% de 12 636 frig/día = 3 159 frig/día
Pérdidas por carga, que siguiendo la fórmula:
El género en kilo o libras x calor específico del cordero sobre ºC x deferencia de temperatura
300kg
x
0,67 frig/día/kg/ºC
x
27 ºC = 5 427 frig/día
Se suman los tres productos obtenidos
12 636 frig/día
+ 3 159 frig/día
5 427 frig/día
21 222 frig/día
Se divide entre 16 horas de funcionamiento del compresor 21 222/16= 1 326,4 frig/h
Añadimos el 10% de coeficiente de seguridad de 1 326,4 frig/h.
+
1 326,4 frig/h
132,6 frig/h
1 459 frig/h
Se necesitan reproducir 1 459 frigorías horas de refrigeración
Para convertirlo a Btu/h
1 frig/h → 3,968 Btu/h
1 459 frig/h →
x
5 787,8 Btu/h ≈ 6 000 Btu/h
Para convertirlo a Toneladas de refrigeración
1 ton de refrig → 12 000 Btu/h
X
→ 6 000 Btu/h
0,5 ton de refrigeración
Respuesta se necesita una máquina de 6 000 Btu/h o de 0,5 toneladas de refrigeración.
Tarea
1. Calcular una cámara para el enfriamiento de carne de buey, siendo los datos, medidas exteriores
de la cámara 5 x 8 x 3,45 m, espesor del aislamiento de la lana mineral 20 cm, temperatura a
obtener 3ºC, temperatura máxima ambiente exterior 35ºC, entrada de género al día 22 000 lb.
2. Calcular una cámara para el enfriamiento de carne de aves, siendo los datos, medidas exteriores
de la cámara 10 x 10 x 5 m, espesor del aislamiento de poli estireno 75 mm, temperatura a
obtener 2ºC, temperatura máxima ambiente exterior 39ºC, entrada de género al día 39 600 lb.
3. Calcular una cámara para el enfriamiento de carne de pescado, siendo los datos, medidas
exteriores de la cámara 12 x 7 x 3 m, espesor del aislamiento de fibra de vidrio 0,125 m,
temperatura a obtener 0ºC, temperatura máxima ambiente exterior 34ºC, entrada de género al día
22 000 kilo.
4. Calcular una cámara para el enfriamiento de huevo, siendo los datos, medidas exteriores de la
cámara 2 x 3 x 4 m, espesor del aislamiento de corcho 200 mm, temperatura a obtener 1ºC
temperatura máxima ambiente exterior 37ºC, entrada de género al día 16 060 lb.