Selección de equipamiento de instalaciones de frío y calor

Técnico en Montaje y Mantenimiento
de Instalaciones de Frío,
Climatización y Producción de Calor
Unidad
FORMACI‡N PROFESIONAL A DISTANCIA
CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO
3
Selección de
Máquinas y Equipos
MÓDULO
Instalaciones Frigoríficas
Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO,
CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR
Título del Módulo: INSTALACIONES FRIGORÍFICAS
Dirección:
Dirección General de Formación Profesional.
Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente.
Dirección de la obra:
Alfonso Gareaga Herrera
Antonio Reguera García
Arturo García Fernández
Ascensión Solís Fernández
Juan Carlos Quirós Quirós
Luis María Palacio Junquera
Manuel F. Fanjul Antuña
Yolanda Álvarez Granda
Coordinación de contenidos del ciclo formativo:
Javier Cueli Llera
Autor:
Efrén Andrés Díaz
Desarrollo del Proyecto: Fundación Metal Asturias
Coordinación:
Javier Maestro del Estal
Monserrat Rodríguez Fernández
Equipo Técnico de Redacción:
Alfonso Fernández Mejías
Nuria Biforcos Fernández
Laura García Fernández
María Mera López
Diseño y maquetación:
Begoña Codina González
Sofía Ardura Gancedo
Alberto Busto Martínez
María Isabel Toral Alonso
Colección:
Materiales didácticos de aula
Serie:
Formación Profesional Específica
Edita:
Consejería de Educación y Ciencia
Dirección General de Formación Profesional
Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente
ISBN: 978-84-690-8583-7
Depósito Legal: AS-05744-2007
Copyright:
© 2007. Consejería de Educación y Ciencia
Dirección General de Formación Profesional
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de los autores y del Copyright.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Sumario general
Objetivos ..............................................................................................
4
Conocimientos ......................................................................................
5
Introducción ..........................................................................................
6
Contenidos generales.............................................................................
6
Carga térmica de una cámara frigorífica ..............................................
7
Selección del evaporador....................................................................
15
Selección de la unidad condensadora, válvula de expansión y tuberías. ....
27
Ejemplo de aplicación.........................................................................
42
Resumen................................................................................................
52
Autoevaluación .....................................................................................
54
Respuestas de actividades......................................................................
58
Respuestas de autoevaluación. ..............................................................
62
3
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Objetivos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:
4
Cuantificar las ganancias de calor que se producen en una cámara frigorífica por
distintos motivos (entrada a través de paredes, carga de género, apertura de puertas,
etc.).
Determinar la potencia frigorífica de la instalación capaz de extraer las ganancias
de calor producidas en el interior de la cámara.
Seleccionar en catálogos técnico-comerciales el evaporador más adecuado y que
mantenga el aire interior en las condiciones de temperatura y humedad deseadas.
Seleccionar en catálogos técnico-comerciales la unidad condensadora, válvula de
expansión y tuberías en función de la potencia frigorífica de la instalación.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Conocimientos que deberías adquirir
CONCEPTOSS
• Carga térmica de una cámara frigorífica. Calor específico y calor latente de cambio
de estado de una sustancia.
• Potencia frigorífica de una instalación.
• Salto o diferencial térmico de un evaporador. Capacidad nominal y factores de corrección.
• Salto o diferencial térmico de un condensador. Interpolación gráfica y analítica.
PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS
• Cálculo de la carga térmica de una cámara frigorífica en distintas condiciones de
temperatura exterior, de conservación y de carga de género.
• Cálculo de la potencia frigorífica de la instalación en función de la carga térmica.
• Selección en catálogos técnico-comerciales de los elementos de la instalación frigorífica (evaporador, unidad condensadora, válvula de expansión y tuberías), tomando
como referencia la potencia frigorífica calculada.
ACTITUDESS
• Alerta a la detección de posibles causas que supongan ganancias de calor en una
cámara frigorífica.
• Analítica respecto a cómo influyen en el funcionamiento de la instalación los factores que intervienen en la selección de los componentes.
• Autónoma, respecto a la posibilidad de extrapolar los conocimientos adquiridos a
instalaciones similares no contempladas en la unidad.
5
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Introducción
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Las cámaras frigoríficas llevan asociados equipos frigoríficos cuya función es extraer el
calor que se genera o se introduce en su interior. Generalmente la potencia de estos
equipos está íntimamente relacionada con el tamaño de la cámara, pero sorprende observar que, en ocasiones, una cámara de grandes dimensiones lleve asociado un equipo
de poca potencia y viceversa. ∂A qué se debe esta aparente contradicción?
6
Unas cámaras son abiertas frecuentemente para introducir en ellas grandes cantidades de
género, mientras que otras pueden permanecer cerradas largos períodos de tiempo sin
que en ellas entre ni salga género alguno. Unas congelan el género, mientras que otras se
limitan a conservarlo ligeramente fresco. ∂Qué potencia tienen que tener los equipos
asociados a estas cámaras?
Valorar la potencia de las instalaciones en función de las necesidades te ayudará a efectuar
una selección equilibrada de sus componentes, permitiéndote además realizar y ejecutar
pequeños proyectos de instalaciones.
Contenidos generales
En esta unidad didáctica estudiarás, por un lado, los factores que determinan la selección
del equipo frigorífico para que sea capaz de mantener el aire de la cámara frigorífica en
las condiciones de temperatura y humedad que requiere el producto almacenado.
Por otro lado, también estudiarás los datos que proporcionan los catálogos técnicocomerciales respecto a los componentes de la instalación frigorífica, y en particular los
aspectos sobre los que debes centrar tu atención al efectuar la selección.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Carga térmica de una cámara frigorífica
Las cámaras frigoríficas son recintos aislados diseñados con el fin de evitar la
entrada de calor exterior. Si la cámara permaneciera cerrada indefinidamente,
tan solo entraría en ella el calor que atraviesa sus paredes. Pero de nada serviría una cámara frigorífica si no se pudiera acceder al género almacenado en
su interior, y para acceder a él hay que abrir puertas, encender luces y quizá
accionar algún motor eléctrico.
∂Se genera calor en estas acciones? ∂Qué otras fuentes de calor te parece que
puede haber en el interior de una cámara?
En el capítulo anterior ha sido analizada la entrada de calor a través de las paredes de la
cámara, pero esa no es la única fuente de calor. He aquí una relación de las distintas fuentes de calor que se pueden encontrar en una cámara frigorífica:
FUENTES DE CALOR
CARACTERÍSTICAS
A través de las paredes
El calor exterior se propaga hacia el interior por conducción a
través del material que constituye las paredes de la cámara.
A través de las puertas
Cada vez que se abre la puerta de la cámara sale una porción de aire frío de su interior y entra otra porción de aire
caliente procedente del exterior.
Motores eléctricos
Estos motores emiten calor debido al efecto Joule. En una
cámara frigorífica se pueden encontrar motores en los ventiladores de los evaporadores dinámicos y en la maquinaria
utilizada para la elevación o el transporte del género (carretillas elevadoras, carros, etc.).
Desescarches
Los desescarches de los evaporadores se llevan a cabo generalmente mediante resistencias eléctricas o mediante la
introducción de gas caliente en el evaporador. En ambos
casos la emisión de calor es considerable.
Iluminación interior
Cada fuente de luz es al mismo tiempo una fuente de calor
que ha de ser tenida en cuenta en los cálculos.
Tabla 1: Fuentes de calor que podemos encontrar en una cámara frigorífica.
(Continúa)
7
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
8
FUENTES DE CALOR
CARACTERÍSTICAS
Personas que trabajan
en su interior
Las personas que trabajan en el interior de las cámaras frigoríficas emiten calor, si bien esta emisión queda considerablemente reducida por las prendas de abrigo.
Por carga de género
Normalmente el género que se introduce en la cámara está a
una temperatura más elevada que la reinante en el interior.
Por respiración de frutas
y verduras
Los vegetales continúan su ciclo vital después de ser recolectados.
La respiración de éstos supone también una emisión de calor.
Renovación de aire en
frutas y verduras
Para evitar la formación de gases durante su periodo de
vida, es necesario renovar el aire interior periódicamente.
Esta renovación supone introducir aire caliente procedente
del exterior.
Tabla 1 (continuación): Fuentes de calor que podemos encontrar en una cámara frigorífica.
Para mantener una baja temperatura en la cámara es necesario que el equipo frigorífico
evacue el calor generado por cualquiera de estas causas. Conocer la cantidad de calor que
se introduce en la cámara será, por tanto, el primer paso para la selección del equipo.
Se denomina carga térmica al calor total que entra o se genera en la cámara en un
tiempo determinado por cualquiera de las causas citadas en el apartado anterior.
Cálculo de la carga térmica
En cámaras de tamaño medio es frecuente calcular la carga térmica diaria y seleccionar a
continuación el equipo frigorífico en función de este cálculo. Detallamos a continuación
este procedimiento.
o Calor a través de las paredes
Como ya hemos mencionado en el capítulo anterior, la cantidad de calor que atraviesa las
paredes de una cámara se calcula mediante la expresión:
Qp = S ×
λ
e
× (Te − Ti )
• S es la superficie de paredes, suelo y techo de la cámara en m2.
• λ es el coeficiente de conductividad térmica del aislante en
W/mK (tabla 2).
• e es el espesor del aislante en metros.
• Te y Ti son las temperaturas exterior e interior de la cámara en
grados Kelvin (K) o en grados centígrados (≥C) indistintamente.
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Selección de
Máquinas y Equipos
Las temperaturas Te y Ti, así como otras que aparecerán más adelante, pueden
ser expresadas en grados Kelvin o centígrados indistintamente, ya que ambos
grados representan el mismo intervalo de temperatura.
Qp se obtiene en W, o lo que es lo mismo, en J/s; por lo que la expresión anterior nos proporciona el calor (en Julios) que atraviesa la pared en cada segundo. Para obtener el calor
que entra diariamente en la cámara habrá que multiplicar dicha expresión por los 86.400
segundos que tiene un día. Por otra parte, para obtener el resultado en kJ habrá que dividir
la expresión entre 1.000.
Así pues, la expresión tomará la forma:
Qp = S ×
O bien:
Qp = S ×
λ
e
λ
e
× (Te − Ti ) ×
86.400
1.000
× (Te − Ti ) × 86,4
Obteniéndose Qp en kJ/día.
DENSIDAD/CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Material
Paneles de corcho
Fibra de vidrio
Poliestireno expandido
Densidad
(kg/m3)
Conductividad
(W/mK)
De 90 a 110
0,043
De 110 a 150
0,037
De 13 a 20
0,048
De 20 a 50
0,037
De 50 a 100
0,036
De 10 a 12
0,047
De 12 a 15
0,044
De 15 a 20
0,038
De 20 a 25
0,035
De 25 a 50
0,033
Tabla 2: Densidad y conductividad térmica de algunos materiales aislantes.
(Continúa).
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Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Densidad
(kg/m3)
Conductividad
(W/mK)
De 25 a 30
0,034
De 30 a 50
0,027
De 28 a 32
0,023
De 32 a 40
0,020
De 40 a 80
0,020
De 40 a 55
0,040
De 55 a 70
0,039
De 70 a 100
0,038
De 100 a 120
0,037
De 120 a 130
0,046
De 130 a 140
0,048
90 (coquillas)
0,030
113 (planchas)
0,030
Material
Poliestireno extrudido
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Espuma de poliuretano
10
Lana de roca
Vidrio celular
Espuma elastomérica
Tabla 2 (continuación): Densidad y conductividad térmica de algunos materiales aislantes.
o Calor por servicio
Se engloban en este apartado las ganancias de calor debidas a factores tales como la apertura de puertas y correspondiente renovación de aire, motores, iluminación y personas.
Estas ganancias de calor están directamente relacionadas con el tamaño de la cámara, y su
cuantificación aproximada puede obtenerse como porcentaje de las ganancias de calor a
través de las paredes.
Qs = % Q p
El porcentaje a emplear en cada caso será:
Grandes cámaras de conservación: 10%
Detallistas: 25%
Restaurantes, bares y pastelerías: 40%
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Máquinas y Equipos
o Calor por carga de género
Generalmente el género se introduce en la cámara a una temperatura mayor que la que
reina en su interior. La expresión siguiente nos permite obtener el calor a extraer del género para que su temperatura descienda hasta la temperatura de conservación, siempre que
no haya durante el proceso un cambio de fase (congelación del género):
• m es la masa de género que se introduce diariamente (kg/día).
• Ce es el calor específico del género en kJ/kgK (Tabla 3).
Q g = m × C e × (Tent − Ti )
• Tent es la temperatura de entrada del género en K.
• Ti es la temperatura interior de la cámara en K (Tabla 3).
• Qg se obtiene en kJ/día.
El calor específico expresa el calor que hay que extraer a la unidad de masa de determinada sustancia para hacer variar su temperatura un grado; en el Sistema Internacional sus
unidades son el julio por kilo y kelvin.
El género puede entrar en la cámara a temperatura positiva, en cuyo caso se utilizará el
calor específico antes de la congelación; si el género entra en la cámara ya congelado se
utilizará el calor específico después de la congelación. Estos calores específicos pueden
consultarse en la Tabla 3.
Producto
T≤
(ºC)
Humedad
relativa
(%)
Calor específico antes
de congelación
Calor específico después de
congelación
Calor
latente
(kJ/kg)
Calor de
respiración
(kJ/kg día)
Carnes
-18º
90
3,3
1,76
246
0º
85/90
3,3
1,76
246
Carne de cerdo
congelada
-18º
90
2,13
1,3
128
Carne de cerdo
fresca
0º/+1º
80/85
2,13
1,3
128
Cordero congelado
-18º
90
3,0
1,86
216
Cordero fresco
0/1º
82
3,0
1,86
216
Hígado congelado
-18º
90
3,3
1,8
245
0º/+1º
83
3,3
1,8
245
-18º
90
2,53
1,46
167
Aves congeladas
Aves frescas
Hígado fresco
Jamón congelado
Tabla 3: Datos relativos a los alimentos refrigerados.
(Continúa)
11
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Producto
T≤
(ºC)
Humedad
relativa
(%)
Calor específico antes
de congelación
Calor específico después de
congelación
Calor
latente
(kJ/kg)
Calor de
respiración
(kJ/kg día)
Carnes
0/+1º
80
2,53
1,46
167
-18º
90
2,09
1,42
210
+7º
80
2,09
1,42
210
-18º
90
3,73
2,34
216
0º/+1º
80
3,73
2,34
216
-18º
90
1,53
1,1
68
0º/+1º
60/70
1,53
1,1
68
Vaca congelada
-18º
90
3,08
1,67
223
Vaca fresca
0º/1º
80/85
3,08
1,67
223
Jamón fresco
Manteca de cerdo
congelada
Manteca de cerdo
fresca
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Salchicha congelada
12
Salchicha fresca
Tocino congelado
Tocino fresco
Verduras y hortalizas
+7º/+10º
85/90
3,25
1,76
251
0º
65/70
2,89
1,67
207
0º/+1º
82
3,64
1,88
280
+4º/+7º
85
3,81
1,97
298
11,6
Cebolla
0º
65/70
3,77
1,93
288
1,0
Coliflor
0º
80/85
3,89
1,97
307
4,5
Espárrago
0º/+2º
80
3,94
2,00
312
11,1
Espinaca
0º
80
3,94
2,00
307
11,1
Guisante
0º
80
3,31
1,76
246
9,6
Lechuga
0º
85/90
4,02
2,0
316
3,9
Patata
+3º/+5º
80
3,56
1,76
289
Pepino
+7/+10º
90
4,06
2,05
319
Puerro
0º
90
3,68
1,93
293
10,8
0º/7º
80
3,94
2,0
312
4,3
0º
80
3,76
1,93
293
2,4
Aceituna
Ajo
Alcachofa
Alubias verdes
Tomate maduro
Zanahoria
1,0
Frutas
Albaricoque
0º/+2º
90
3,68
1,92
284
Cereza
0º/+1º
90
3,64
1,88
280
1,8
Ciruela
0º/+2º
85
3,68
1,88
274
0,64
Fresa
0º/+1º
90
3,85
1,76
300
5,47
Tabla 3 (continuación): Datos relativos a los alimentos refrigerados.
(Continúa)
Unidad
3
Producto
T≤
(ºC)
Humedad
relativa
(%)
Calor específico antes
de congelación
Selección de
Máquinas y Equipos
Calor específico después de
congelación
Calor
latente
(kJ/kg)
Calor de
respiración
(kJ/kg día)
Frutas
Limón
Mandarina
+14º/16
85
3,81
1,93
295
4,24
0º/+3º
90
3,77
1,93
290
3,78
Manzana
0º/1º
80/85
3,64
1,88
281
1,92
Melocotón
0º/2º
80
3,77
1,92
288
1,34
Melón
+2º/+4º
85
3,89
2,0
307
1,5
Naranja
0º/2º
85
3,77
1,92
288
1,68
Pera
+2º
82
3,60
1,88
274
0,93
Plátano
13º/+15º
90
3,35
1,76
251
Sandía
+4º/+10
≥
0º/4º
80
4,06
2,0
307
85/90
3,60
1,84
270
Uva
0,4
Pescados
Marisco cocido
Pescado congelado
Pescado fresco
0º/+1º
90
3,39
1,76
243
-18º
90
3,18
1,74
245
0º/+1º
90
3,18
1,74
245
Lácteos
0º/+4º
75/80
1,38
1,05
53
-18º
80
1,38
1,05
53
+5º/+8º
80/85
2,10
1,30
126
Crema helada
-18º
-
3,27
1,76
242
Leche pasteurizada
+0,6º
-
3,77
2,51
290
Leche entera
+7º/+13º
-
0,92
-
9,3
Leche descremada
+7º/+13º
-
0,92
-
9,3
+2º
60/70
1,34
1,05
51
Mantequilla
Mantequilla congelada
Queso
Margarina
Tabla 3 (continuación): Datos relativos a los alimentos refrigerados.
En el caso de que el género entre en la cámara a temperatura positiva y se congele en su
interior, el cálculo del calor a extraer deberá hacerse en tres pasos:
Primero se hace descender su temperatura hasta la de congelación (normalmente 0 ºC):
Q1 = m × C e1 × (Tent − Tcong )
13
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Después se congela a temperatura constante:
Q2 = m × C L
Finalmente se hace descender su temperatura hasta la de conservación (temperatura interior de la cámara):
14
Los calores específicos Ce1 y Ce2 son los correspondientes al género antes y después de la
congelación respectivamente, los cuales pueden consultarse en la Tabla 2.
Para el cálculo de Q2 se utiliza el calor latente de congelación (CL), el cual expresa el calor a extraer a cada kilo de sustancia para que se produzca su congelación a temperatura y
presión constantes; su valor puede ser consultado también en la Tabla 3.
Q g = Q1 + Q2 + Q3
(en kJ/día)
o Carga térmica diaria
El calor que entra diariamente en la cámara (carga térmica diaria) será la suma de los calores obtenidos anteriormente:
QT = Q p + Qs + Q g (en kJ/día)
1
ctividad
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Q3 = m × C e 2 × (Tcong − Ti )
a
∂Cuánto calor ha de extraerse de una tonelada de carne de
cerdo para hacer descender su temperatura desde los +15 ºC
hasta los +5 ºC? ∂Y desde los +5 ºC hasta los -10 ºC?
Compara y comenta los resultados.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Selección del evaporador
Una simple ojeada a un catálogo técnico-comercial nos da una idea de la
amplia variedad de evaporadores que hay disponibles en el mercado. Los hay
voluminosos, mientras que otros apenas sobresalen del techo. Unos son un
sencillo serpentín con aletas, y otros tienen carcasa y ventiladores. También
hay gran variedad de tamaños.
∂Cómo debemos elegir nuestro evaporador de entre toda la gama disponible?.
Una vez obtenida la carga térmica diaria de la cámara (QT), habrá que seleccionar el equipo capaz de evacuar el calor generado en el mismo periodo, de forma que el balance térmico al final del día quede equilibrado:
Carga térmica = Calor extraído
Como veremos a continuación, los cálculos se efectúan para que el equilibrio se rompa en
favor del calor extraído; es decir, se buscará que el equipo frigorífico extraiga el calor más
rápidamente de lo que aumenta la carga térmica; eso permitirá que pueda efectuar paradas
periódicas, evitando su funcionamiento continuo.
Potencia frigorífica de la instalación
La potencia frigorífica de la instalación es aquella que asegura la extracción
completa de la carga térmica producida en la cámara en un tiempo determinado.
Como hemos dicho, para evitar que el equipo esté activo las 24 horas del día, se considera
un tiempo de funcionamiento de entre 16 y 18 horas diarias, durante el cual debe evacuar
el calor QT calculado; el resto del tiempo permanecerá inactivo debido a las paradas gobernadas por el termostato y, eventualmente, para efectuar los desescarches.
15
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Según eso, y considerando un tiempo de funcionamiento de 16 horas diarias, la potencia
frigorífica de la instalación, P, se calcula mediante la expresión siguiente, obteniéndose en
J/s o W (1J/s = 1W).
P=
QT (kJ / día )
1h
×
(en W)
16 (h / día ) 3.600 s
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Con el fin de disponer de cierto margen de seguridad, se incrementa este valor en un 10%:
16
P = 1,1×
QT
(en W)
16 × 3.600
En definitiva, el equipo frigorífico que se instale en la cámara deberá tener la potencia P
calculada.
Selección del evaporador
En los catálogos técnico-comerciales los evaporadores aparecen agrupados atendiendo a
los siguientes aspectos:
Circulación del aire a su través. Los evaporadores que enfrían aire pueden ser estáticos o dinámicos.
Los evaporadores dinámicos tienen un mayor rendimiento, ya que el aire es impulsado
a través de ellos mediante ventiladores; sin embargo en la conservación de productos
frescos o delicados, como flores, quesos, carnes, frutas, vegetales, pastelería, retardo de
masas, embutidos, etc., es aconsejable la elección de evaporadores estáticos, ya que el
movimiento del aire es lento -se produce por convección- y los productos no se ven expuestos a corrientes de aire frío.
Fig. 1: Evaporador estático
Fuente: FRIMETAL).
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Forma del evaporador. La forma del evaporador está condicionada por la altura disponible en el interior de la cámara.
Atendiendo a su forma los evaporadores pueden ser cúbicos, de plafón o murales.
• Los evaporadores cúbicos tienen muy buen rendimiento, ya que el aire los atraviesa sin cambiar de dirección, pero tienen el inconveniente de que sobresalen
mucho del techo, por lo que no son adecuados para cámaras de poca altura.
• Los evaporadores de plafón ocupan menor altura, pero debido a que el aire entra
en vertical por la parte inferior y sale en horizontal por uno de sus laterales, este
cambio de dirección disminuye ligeramente su rendimiento.
• Los evaporadores murales impulsan el aire en horizontal a distintas alturas, lo que
permite una buena circulación del aire cuando el género se almacena en bandejas o palés que dificultan el movimiento del aire en dirección vertical.
Fig. 2A: Evaporador cúbico.
Fig. 3A: Evaporador mural (Aspecto exterior).
Fig. 2B: Evaporador de plafón
(Fuente:FRIMETAL).
Fig. 3B: Evaporador mural (Esquema de
corrientes de aire) (Fuente: FRIMETAL).
17
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Separación de las aletas. Un mismo tipo de evaporador puede comercializarse con
distinta separación de aletas dependiendo de la función que vaya a desempeñar.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Una pequeña separación de aletas se traduce en un mayor número de ellas por unidad
de longitud, lo que equivale a una mayor superficie de intercambio entre el aire y el refrigerante y, en consecuencia, un mayor rendimiento del evaporador; pero en temperaturas negativas es preferible que la separación entre las aletas sea grande para evitar que
la escarcha se acumule entre ellas y dificulte la circulación del aire.
18
A modo de orientación puedes consultar la Tabla 4, en la que se indica la aplicación de
las distintas separaciones de aletas.
Separación entre aletas
T≤ de la cámara
Producto
3 ÷ 4,5 mm
5 ÷ 6 mm
≥ 7 mm
10 ÷ 0 ºC
0 ÷ -7 ºC
-18 ÷ -25 ºC
Frutas / Verduras
Carne / Pescado
Congelados
Tabla 4: Separación de las aletas y sus aplicaciones.
Una vez que se ha decidido el tipo, la forma y la separación de aletas del evaporador, se
deberá elegir aquél cuya capacidad sea lo más próxima a las necesidades del proyecto;
ahora bien, los evaporadores no tienen una capacidad fija, sino que varía dependiendo de
dos factores: la temperatura de evaporación y el diferencial térmico.
Temperatura de evaporación y diferencial térmico
La temperatura de evaporación es la que tiene el refrigerante en el interior del
evaporador.
Se trata de la temperatura de saturación del refrigerante a la presión a la que se encuentra
en el interior del evaporador.
El evaporador es un elemento frío ubicado en un recinto inicialmente caliente. El aire de la
cámara se enfría al ponerse en contacto con la superficie del evaporador, pero no alcanza
nunca su misma temperatura debido a que por otro lado gana calor al ponerse en contacto
con las paredes de la cámara.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
A esa diferencia entre la temperatura del evaporador y la del aire de la cámara se la denomina salto o diferencial térmico; se simboliza como Dt1 si la temperatura del aire se toma a
la entrada del evaporador, y Dtm ƒo simplemente Dtƒ si se toma la temperatura media en
el interior de la cámara.
Diferencial térmico = T≤ de la cámara √ T≤ de evaporación
Para simbolizar el salto térmico se suele utilizar también la letra griega ≈∆∆ (delta) en lugar de
la ≈D∆ del abecedario latino. El valor del salto térmico viene siempre expresado en K (grados
Kelvin), sin embargo, dado que los grados centígrados y los Kelvin representan la misma variación de temperatura, el valor del salto térmico se utiliza indistintamente en ºC ó K.
o Influencia del tiempo de funcionamiento en el diferencial térmico
El diferencial térmico no permanece constante en un evaporador. Cuando se pone en marcha
un equipo que ha estado parado largo tiempo, la temperatura del aire de la cámara es alta.
En el momento del arranque la temperatura del evaporador desciende rápidamente debido
a la evaporación del refrigerante, mientras que la del aire desciende lentamente a medida
que se pone en contacto con la superficie del evaporador.
En esos momentos iniciales la diferencia entre la temperatura del evaporador y la del aire,
aún sin enfriar, es muy grande, pera a medida que se enfría el aire esta diferencia disminuye. Podemos decir entonces que el diferencial térmico disminuye a medida que desciende
la temperatura en el interior de la cámara.
o Influencia del tamaño del evaporador en el diferencial térmico
Si deseamos bajar la temperatura del interior de una cámara en un determinado tiempo.
Esto puede lograrse utilizando evaporadores de distintos tamaños.
Ahora bien, si utilizamos un evaporador pequeño éste deberá estar muy frío para que el
aire al establecer contacto con su superficie descienda su temperatura de forma notable,
mientras que si utilizamos un evaporador grande bastará con que esté unos pocos grados
por debajo de la temperatura deseada, ya que su mayor superficie permite el contacto de
una mayor masa de aire.
Como vemos, el evaporador pequeño consigue aumentar su rendimiento haciendo descender
la temperatura del aire en mayor medida que el grande. Por el contrario, el evaporador grande
obtiene su rendimiento ofreciendo una mayor superficie de contacto. Podemos afirmar entonces que cuanto mayor sea la superficie del evaporador menor será el diferencial térmico.
19
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
o Influencia del tipo de evaporador en el diferencial térmico
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Los evaporadores dinámicos (con ventiladores) pueden absorber una misma cantidad de
calor en menos tiempo que los estáticos (sin ventiladores), por esa razón, cuando se desea
bajar la temperatura de la cámara en un determinado tiempo, los evaporadores dinámicos
pueden hacerlo más rápidamente sin necesidad de estar muy fríos; los evaporadores estáticos, para compensar esa deficiencia, deben mantenerse a una temperatura más baja. Así,
pues, los evaporadores estáticos trabajan con un diferencial térmico más grande que los
dinámicos.
20
Diferencial térmico y humedad del aire
El diferencial térmico afecta directamente a la humedad del aire en el interior de la cámara; hay que tener en cuenta que un diferencial térmico grande indica una baja temperatura
del evaporador respecto a la del aire de la cámara, lo que se traducirá en una mayor condensación de la humedad sobre su superficie. Según esto, cuanto más grande sea el diferencial térmico mayor será la humedad condensada en el evaporador y, en consecuencia,
más baja será la humedad del aire de la cámara.
La humedad relativa del aire tiene una importancia vital en la conservación de los alimentos; si la humedad es elevada puede producirse la formación de hongos, mientras que una
humedad escasa produce la desecación del género y en consecuencia una pérdida importante de su peso.
Está claro que debemos seleccionar el evaporador de forma que su diferencial térmico
produzca la humedad relativa necesaria para la correcta conservación del producto. El
gráfico de la figura 4 permite relacionar el salto térmico con la humedad relativa que produce, siendo éste el primer paso para seleccionar el evaporador.
Fig. 4: Gráfico que relaciona la humedad relativa con el salto
térmico (Fuente: FRIMETAL).
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Capacidad nominal y factor de corrección
Una vez obtenido el salto térmico adecuado, debemos seleccionar en el catálogo el evaporador cuya capacidad se aproxime lo más posible a nuestras necesidades. La capacidad
de un evaporador representa su potencia frigorífica a una determinada temperatura de
evaporación, produciendo a su vez un salto térmico determinado. Las capacidades nominales de los evaporadores son las que figuran en los catálogos, y están obtenidas para los
saltos térmicos y las temperaturas de evaporación especificadas en el mismo (en algunos
casos figura la temperatura de conservación en lugar de la de evaporación).
Algunos fabricantes incluyen factores de corrección que nos permiten conocer la capacidad de sus evaporadores en otras condiciones distintas a las de catálogo; para ello hay que
multiplicar la capacidad de catálogo por dicho factor de corrección:
Capacidad otras condiciones = Capacidad condiciones de catálogo x factor de corrección
Si despejamos la ≈capacidad en las condiciones de catálogo∆ tendremos:
Capacidad condicione s de catálogo =
Capacidad otras condicione s
Factor de corrección
Expresión que nos permite obtener la capacidad con la que aparece el evaporador en el
catálogo cuando conocemos su capacidad en otras condiciones.
A modo de ejemplo, a continuación se muestra la tabla de capacidades de los evaporadores FRIMETAL de la serie GRM Industrial.
Tabla 5: Capacidades de los evaporadores FRIMETAL de la serie GRM (Fuente: Catálogo grupo DISCO).
La primera fila de capacidades está obtenida para una temperatura en la cámara de 0 ≥C y un
diferencial térmico de 8K, y es la que sirve de base para la obtención de las capacidades en otras
condiciones que no figuren en el catálogo. Para obtener la capacidad de un evaporador en unas
condiciones que no figuren en el catálogo deberemos multiplicar éstas por el factor de
corrección que el fabricante facilita por medio del gráfico siguiente:
21
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
22
Fig. 5: Gráfico para la obtención del factor de corrección (Fuente: FRIMETAL).
En el gráfico las temperaturas de evaporación figuran en el eje de abscisas (el horizontal) y
los factores de corrección en el de ordenadas (el vertical); las curvas corresponden a los
distintos saltos térmicos.
Ejemplo
Obtener la capacidad del evaporador GRM 2.600 para las condiciones Tc = -15 ºC
y ∆t1 = 6 K no incluidas en el catálogo.
Para obtener el factor de corrección tendremos que conocer previamente la temperatura de evaporación, la cual resulta de descontar el salto térmico a la temperatura de la cámara:
En nuestro caso:
T≤ de evaporación = -15 ºC √ 6 ºC = -21ºC
En el gráfico trazaremos una vertical desde la temperatura de evaporación deseada (-21 ºC) hasta que se cruce con la curva correspondiente al salto térmico
deseado (6 ºC). Desde el punto de intersección trazaremos una horizontal hasta
el eje de ordenadas, en el que leeremos el factor de corrección correspondiente
(Fc = 0,68).
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Ejemplo (continuación)
Así, pues, la capacidad del evaporador GRM 2.600 para las condiciones Tc = -15 ºC
y ∆t1 = 6 K se obtendrá aplicando el factor de corrección a su capacidad nominal
en las condiciones Tc= 0 ºC y Dt1 = 8 K:
Capacidad otras condiciones = Capacidad catálogo x factor de corrección
= 52.080 W x 0,68 = 35414 W
Es decir, el evaporador GRM 2.600 tiene una capacidad de 35.414 W para una
temperatura de evaporación de -15 oC y un salto térmico de 6 K.
El problema puede ser planteado de forma inversa:
Ejemplo
Seleccionar un evaporador de la gama GRM que, trabajando con un salto térmico de 6 K y una temperatura de evaporación de -15 oC, proporcione una capacidad de 35.414 W.
En este caso conocemos la capacidad del evaporador en unas condiciones distintas a las de catálogo. La capacidad del evaporador en las condiciones de catálogo
será:
Capacidad condiciones de catá log o =
Capacidad otras condiciones
Factor de corrección
Sustituyendo datos se tiene:
Capacidad condiciones de catá log o =
35.414 W
= 52.080 W
0,68
Por tanto, para absorber 35.414 W en las condiciones descritas deberemos elegir
el evaporador GRM 2.600, cuya capacidad nominal en catálogo (primera fila de
capacidades nominales) es 52.080 W.
23
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Factor refrigerante
Puede suceder, por otro lado, que el evaporador vaya a trabajar con otro refrigerante distinto al utilizado en la confección del catálogo; en ese caso deberemos aplicar un segundo
factor, también indicado por el fabricante, en función del refrigerante utilizado. En ese
caso tendremos:
Capacidad otras condiciones = Capacidad condiciones de catálogo x Factor de corrección x Factor refrigerante
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
O bien, si se despeja la capacidad en las condiciones de catálogo:
24
Capacidad condiciones de catá log o =
Capacidad otras condiciones
Factor de corrección × Factor refrigerante
Para el caso particular de los evaporadores empleados en los ejemplos anteriores, cuya capacidad nominal ha sido obtenida con R-404A, estos factores son: R-134a = 0,90 y R-22 = 0,95.
Ejemplos de selección de evaporadores
A modo de resumen incluimos a continuación dos ejemplos que ilustran los dos casos que
pueden darse a la hora de seleccionar un evaporador en el catálogo:
Caso 1: Las condiciones de proyecto coinciden con las de catálogo:
En una cámara frigorífica se necesitan absorber 10.000 vatios trabajando con un salto térmico DT1 = 7 K y una temperatura en la cámara de -18 ºC. El equipo frigorífico
trabajará con R-404A.
Seleccionar el evaporador FRIMETAL de la serie PLM-N adecuado.
Como vemos, en el catálogo figuran nuestras condiciones de proyecto en la segunda
fila de capacidades (DT1 = 7 K y Tc =-18 ºC); además el refrigerante a emplear es el
mismo que el utilizado para confeccionar el catálogo.
Bastará entonces con elegir en el catálogo el evaporador de capacidad más próxima a
la nuestra (en las condiciones descritas). En este caso se trata del modelo PLM-N 86,
de capacidad 10.460 W.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Tabla 6: Capacidades de los evaporadores FRIMETAL de la serie PLM-N (Fuente: Catálogo grupo DISCO).
Caso 2: Las condiciones de proyecto no figuran en catálogo.
Se desea seleccionar un evaporador FRIMETAL de la serie PLM-N para absorber
7.500 W con un salto térmico de 6 K y una temperatura en la cámara de -10 ºC. El
equipo frigorífico trabajará con R-134A.
En este caso las condiciones de proyecto no figuran en catálogo, por lo que hemos
de aplicar el factor de corrección que nos proporcione la capacidad nominal del
evaporador a seleccionar en catálogo.
Para obtener el factor de corrección deberemos conocer previamente la temperatura
de evaporación:
T≤ de evaporación = -10 ºC √ 6 ºC = -16 ºC
Fig. 6: Gráfico para la obtención del factor de corrección.
25
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Trazaremos ahora en el gráfico una vertical desde la temperatura de evaporación deseada (-16 ºC) hasta que se cruce con la curva correspondiente al salto térmico deseado (6 ºC). Desde el punto de intersección trazaremos una horizontal hasta el eje de ordenadas, en el que leeremos el factor de corrección correspondiente (Fc = 0,71).
Por otra parte, el factor refrigerante es, según indica el fabricante, Fr = 0,90. La capacidad nominal del evaporador a seleccionar será:
26
7.500 W
= 11.904 W
0,7 x0,90
Así, pues, el evaporador a seleccionar en catálogo será aquel cuya capacidad nominal
sea lo más próxima a 11.904 W, como puede ser el modelo PLM-N 72, de 11.650 W de
capacidad nominal.
2
ctividad
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Capacidad condiciones de catá log o =
a
En la tabla 5 se observa que el modelo de evaporador FRIMETAL
GRM 4.600 tiene un rendimiento de 78.120 W en las condiciones Tc= 0 oC y DT1 = 8 K.
Obtén, utilizando el factor de corrección adecuado, su rendimiento en las otras dos condiciones que figuran en el catálogo.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Selección de la unidad condensadora,
válvula de expansión y tuberías
La instalación frigorífica consta de otros componentes además del evaporador
como son, por ejemplo, el compresor, el condensador, la válvula de expansión, etc. De ellos también existe una amplia variedad en los catálogos técnico-comerciales; incluso las tuberías deben ser seleccionadas teniendo en
cuenta ciertas consideraciones.
∂Cuáles son los criterios que se han de tener en cuenta para seleccionarlos?
El compresor es el encargado de bombear refrigerante hacia el evaporador en la cantidad adecuada para que la instalación proporcione la potencia frigorífica deseada; pero, previamente,
el condensador debe licuar el refrigerante que recibe del compresor en estado de vapor a alta
presión, pues así podrá llegar a la válvula de expansión e inundar el evaporador.
Ambos, compresor y condensador, junto al recipiente de líquido, constituyen lo que se
denomina unidad condensadora.
Los fabricantes ofrecen una amplísima gama de unidades condensadoras, cuya potencia
frigorífica en distintas condiciones de temperatura ambiente y de evaporación puede ser
conocida si se consultan las tablas facilitadas por el propio fabricante.
Fig. 7: Unidad condensadora
(Fuente: Copeland).
27
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Selección de la unidad condensadora
La potencia frigorífica de las unidades condensadoras depende de las temperaturas de
evaporación y condensación con las que trabajan.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
La temperatura de condensación está íntimamente ligada a la temperatura del medio en
que ésta se produce (en general aire o agua), y por eso en muchos catálogos figura ésta
última en lugar de la temperatura de condensación. La diferencia entre ambas temperaturas se denomina salto o diferencial térmico del condensador, y ƒal igual que en los evaporadoresƒ puede expresarse de la forma siguiente:
28
Diferencial térmico = T≤ de condensación - T≤ del medio
La temperatura del medio de enfriamiento debe ser la media de las temperaturas más altas
que éste podría adquirir durante su funcionamiento, sin tener en cuenta los picos de temperatura que puedan alcanzarse puntualmente.
Así, por ejemplo, para el caso de los condensadores de aire expuestos a la temperatura
exterior deberá considerarse la media de las temperaturas alcanzadas durante el verano en
la zona en la que está ubicado. Para el salto térmico se toma un valor de 15 oC tanto en
condensadores de aire como de agua.
Conocida la temperatura de evaporación y de condensación (o en su caso la del medio) se
procede a seleccionar en el catálogo aquella unidad cuya potencia frigorífica sea lo más
próxima a nuestras necesidades.
En la tabla 7 de la página siguiente pueden leerse las potencias frigoríficas de algunas unidades condensadoras de la marca DWM Copeland. Los datos que proporcionan dicha
tabla son:
En la primera columna figuran los distintos modelos de unidad condensadora
dispuestos en orden creciente respecto a su potencia frigorífica.
En la segunda columna se indica la potencia del compresor incluido en la unidad.
En la tercera columna figuran, para cada modelo de unidad condensadora, tres temperaturas ambientales: 27 oC, 36 oC y 43 oC.
A la derecha de las temperaturas ambientales se relacionan las potencias frigoríficas
para cada una de las temperaturas de evaporación especificadas en la parte superior
de cada columna (5, 0, -5, -10º).
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Tabla 7: Rendimientos de unidades condensadoras DWM Copeland (Fuente: Catálogo grupo DISCO).
29
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Ejemplo
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Puedes comprobar que la unidad AU25/DKM-7X tiene una potencia calorífica de
2.520 W cuando trabaja con una temperatura ambiente de 36 oC y una temperatura de evaporación de 0 oC.
30
Para seleccionar la unidad adecuada a tus necesidades deberás entrar en horizontal por la
temperatura de evaporación a la que trabajará la instalación, y en vertical por la temperatura media máxima del lugar en el que se ubicará la unidad, buscando el modelo cuya
potencia frigorífica sea lo más próxima a las condiciones de tu proyecto.
Ejemplo
Seleccionar en la tabla 7 una unidad condensadora de 2.500 W de potencia frigorífica para una temperatura ambiente de 27 oC y una temperatura de evaporación de -15 oC.
Para efectuar la selección debemos entrar en la tabla por la columna correspondiente a la temperatura de evaporación de -15 oC y seleccionar aquel modelo
cuya potencia frigorífica sea lo más próxima a 2.500 W para una temperatura de
condensación de 27 oC. En este caso se trata del modelo AD25/DKJ-10X.
Si nuestra temperatura de evaporación o de condensación no figura en el catálogo pero está comprendida entre dos valores del mismo, podemos efectuar una
interpolación gráfica o analítica con el fin de obtener con más exactitud la potencia frigorífica de la unidad en esas condiciones.
Ejemplo
Seleccionar una unidad condensadora DWM Copeland que proporcione una
potencia frigorífica de 2.500 W a -8 oC de temperatura de evaporación y 36 oC
de temperatura de condensación.
En una primera estimación vemos que AM25/DKJ-10X tiene una potencia frigorífica de 2.740 W a -5 oC y de 2.320 W a -10 oC. La potencia a -8 oC, 2.500 W,
estará comprendida entre ambos valores. Gráficamente se puede representar así:
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Ejemplo (continuación)
Primero dibujamos dos ejes aleatorios, uno vertical y otro horizontal. Efectuamos divisiones de igual longitud en cada eje, pudiendo utilizarse divisiones de distinta longitud para cada uno de ellos. En el eje vertical representamos las temperaturas de evaporación, y en el horizontal las potencias
frigoríficas (Fig. 8.1).
A continuación representamos gráficamente los datos proporcionados por
el catálogo, esto es: potencia de 2.320 W a -7 ºC y de 2.750 a -5 ºC. Estos
valores quedan representados por los puntos A y B (Fig. 8.2).
Seguidamente unimos los puntos A y B mediante una recta (Fig. 8.3).
Esta representación gráfica nos permite obtener la potencia frigorífica de la
unidad para cualquier temperatura de evaporación comprendida entre -5 ºC
y -10 ºC; bastará con trazar una horizontal desde la temperatura de evaporación deseada hasta cortar a la recta AB y a continuación seguir en vertical
hasta cortar al eje que representa las potencias frigoríficas, en el que leeremos la correspondiente a la temperatura de evaporación deseada.
En la Fig. 8.4 se ha obtenido gráficamente la potencia frigorífica de la unidad para la temperatura de evaporación de -8 ºC, la cual es de aproximadamente 2.490 W.
Fig. 8: Interpolación gráfica.
31
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Ejemplo (continuación)
32
Fig. 8: Interpolación gráfica.
La resolución analítica está basada en esta resolución gráfica teniendo en cuenta
la semejanza existente entre los triángulos ABC y AMN (Fig. 9), la cual se puede
plantear para nuestro caso de la siguiente forma:
Fig. 9: Semejanza de triángulos en una
interpolación gráfica.
CA NA
=
CB NM
Llamando X a la potencia frigorífica correspondiente a -8 ºC
tendremos que:
CA = 2.750-2.320 = 430
CB = -5 - (-10) = -5+10 = 5
NA = 2.750-X
NM = -5-(-8)= -5+8 = 3
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Ejemplo (continuación)
Una vez resuelta la ecuación obtenemos el valor de la potencia frigorífica buscada:
x = 2.492 W
El valor de la x es, con cierta aproximación, el valor obtenido gráficamente.
La interpolación gráfica o analítica puede utilizarse también para obtener la potencia frigorífica de la unidad condensadora para una temperatura ambiente que
no figura en el catálogo; en ese caso situaremos las temperaturas ambientales en
el eje vertical, en lugar de las temperaturas de evaporación.
Selección de la válvula de expansión
La válvula de expansión es la responsable, junto con el compresor, de que se mantenga la
diferencia de presiones capaz de producir los cambios de estado del refrigerante en el
condensador y en el evaporador, al mismo tiempo que suministra la cantidad adecuada de
refrigerante al evaporador. De su adecuada elección dependerá el correcto funcionamiento del equipo.
El primer criterio de selección será el tipo de refrigerante. Las válvulas de expansión están preparadas para trabajar con un tipo de refrigerante determinado, por lo que, de no tener esto en
cuenta, su funcionamiento no responderá a las especificaciones del fabricante.
Algunas de las características de válvulas de expansión que podemos encontrar en el mercado son las siguientes:
Con equilibrador interno. Elegiremos este tipo de válvula cuando la pérdida de carga
en evaporadores de pequeño tamaño sea también pequeña.
Con equilibrador externo. Elegiremos esta válvula cuando la pérdida de carga en el
evaporador sea grande.
Con MOP (Maximum Operating Pressure). La MOP es la presión por encima de la
cual la válvula permanece cerrada. Estas válvulas son útiles en equipos que trabajan
a bajas temperaturas, pues evitan la sobrecarga del compresor durante el arranque
(hay que tener en cuenta que cuanto más alta es la presión de aspiración mayor es la
intensidad que circula por los devanados del motor).
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Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Cuando se produce el arranque del compresor tras una parada prolongada o un desescarche, el evaporador se encuentra sometido a una temperatura (y en consecuencia una presión) más elevada de la normal, y por esa razón el compresor podría entrar en sobrecarga. Para evitarlo, la válvula se encuentra cerrada, permitiendo un rápido descenso de la presión en el evaporador; la válvula abrirá una vez que la presión haya descendido por debajo de su valor MOP.
34
Conexiones soldadas o roscadas. Las válvulas pueden unirse a la tubería mediante
conexiones soldadas (identificadas por las siglas ODF) o mediante uniones roscadas
(identificadas por las siglas SAE). Para obtener una buena estanqueidad la mejor opción es la unión soldada, pero no siempre es posible efectuarla; existen lugares con
riesgo de explosión, de quemado de materiales inflamables, de deterioro de materiales próximos, etc.; en estos casos debe recurrirse a la conexión roscada.
Normalmente estas válvulas están constituidas por un cuerpo que contiene al bulbo y al
sistema de regulación, y un orificio intercambiable que determina la capacidad de la válvula (Fig.10).
Fig. 10: Cuerpo (izquierda) y orificio (derecha) de una válvula de expansión
termostática.
La tabla 8 recoge las características de algunos de los cuerpos de válvula de la marca ALCO,
en la que puede leerse el tipo de refrigerante con el trabajan, si disponen o no de equilibrador interno, si disponen o no de MOP, la longitud del capilar y el tipo de conexiones a la
entrada y a la salida de la válvula.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Tabla 8: Algunos tipos de cuerpos de válvulas de expansión de la marca ALCO (Fuente: Catálogo
grupo DISCO).
Una vez seleccionado el cuerpo de la válvula, deberemos seleccionar el tamaño del orificio acorde a la potencia de nuestra instalación. La capacidad de una válvula de expansión
depende del orificio que se instale en su interior.
Como ya hemos dicho, los orificios son intercambiables y van alojados en la entrada de la
válvula; van precedidos de una malla que sirve de filtro para retener las partículas que
accidentalmente circulen por la instalación y así evitar taponamiento del orificio. Los orificios se designan por números que van desde el 00 (doble cero) hasta el 6, correspondiendo el 00 al de menor capacidad y el 6 al de mayor capacidad.
En los catálogos suele figurar la capacidad nominal de los orificios, la cual está obtenida
para unas determinadas condiciones de funcionamiento del equipo frigorífico (Tabla 9).
Tabla 9: Tabla de capacidades nominales de los orificios para válvulas ALCO (Fuente:
Catálogo grupo DISCO).
35
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Esta capacidad nominal nos da una primera orientación sobre el tamaño del orificio a elegir, sin embargo, para mayor exactitud deberemos recurrir a otro tipo de tablas que los
fabricantes facilitan para efectuar la selección.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
A modo de ejemplo incluimos una tabla de selección rápida para orificios de válvulas de
expansión marca ALCO que trabajen con refrigerante R-404A y R-507, en la que simplemente se requiere conocer las temperaturas de evaporación y condensación para efectuar
la selección.
36
Tabla 10: Tabla de selección rápida de orificios de válvulas ALCO (Fuente: Catálogo Grupo DISCO).
En el caso de que la temperatura de evaporación o de condensación no figuren en la tabla,
se puede conocer la capacidad de válvula efectuando una interpolación gráfica o analítica,
tal y como se hizo para la selección de unidades condensadoras.
Tuberías
En las instalaciones de refrigeración se utilizan principalmente tubos de cobre, pudiendo ser
éstos rígidos o recocidos. El tubo recocido tiene una elevada plasticidad, lo que permite doblarlo o dar forma a sus bordes (abocardado) sin necesidad de calentarlo previamente.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Se presenta en forma de rollos de 15,25 m (equivalente a 50 pies) de longitud, y debidamente
protegido de la humedad exterior mediante un envoltorio de plástico herméticamente cerrado.
El tubo rígido se utiliza para tramos largos de tubería; al no estar recocido no puede ser
doblado o abocardado directamente, sino que ha de ser recocido previamente en las zonas
a deformar. Se presenta en forma de barras de 5 m de longitud, con sus extremos tapados
para proteger su interior de la humedad; en algunos casos puede suministrarse con una
pequeña carga de nitrógeno a baja presión, garantizando la ausencia de aire y humedad
en su interior.
Ya sean rígidos o en rollos, los tubos de cobre de refrigeración se identifican por su diámetro
exterior expresado en fracciones de pulgada. Algunos diámetros se comercializan con más
de un espesor. En la tabla 11 se muestran los diámetros comerciales más usuales:
DIMENSIONES COMERCIALES DE LOS TUBOS DE COBRE PARA REFRIGERACI‡N
Diámetro nominal
(pulgadas)
Diámetro
exterior (mm)
Espesor (mm)
Diámetro
interior (mm)
6,35
0,76
4,83
5/16∆
7,93
0,76
6,41
3/8∆
9,52
0,76
8,00
∆
12,7
0,76
11,18
∆
12,7
0,81
11,08
5/8∆
15,87
0,76
14,35
5/8∆
15,87
0,81
14,25
¾∆
19,05
0,81
17,43
¾∆
19,05
0,89
17,27
7/8∆
22,22
0,81
20,60
7/8∆
22,22
0,89
20,44
1∆
25,40
0,89
23,62
1 1/8∆
28,57
0,89
26,79
1 1/8∆
28,57
1,02
26,53
1 3/8∆
34,92
1,02
32,88
1 3/8∆
34,92
1,07
32,78
1 3/8∆
34,92
1,27
32,38
∆
Tabla 11: Dimensiones comerciales de los tubos de cobre para refrigeración... (Continúa)
37
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DIMENSIONES COMERCIALES DE LOS TUBOS DE COBRE PARA REFRIGERACI‡N
38
Diámetro nominal
(pulgadas)
Diámetro
exterior (mm)
Espesor (mm)
Diámetro
interior (mm)
1 5/8∆
1 5/8∆
2 1/8∆
2 1/8∆
2 1/8∆
2 5/8∆
3 1/8∆
3 5/8∆
4 1/8∆
41,27
41,27
53,97
53,97
53,97
66,67
79,37
92,07
104,77
1,07
1,27
1,27
1,52
1,65
1,80
1,80
2,03
2,03
39,13
38,73
51,43
50,93
50,67
63,07
75,77
88,01
100,71
Tabla 11 (continuación): Dimensiones comerciales de los tubos de cobre para refrigeración.
o Selección de los diámetros de las tuberías
En una instalación básica de refrigeración se distinguen tres tramos de tubería:
Descarga. Conduce el gas caliente a alta presión desde la salida del compresor hasta
la entrada al condensador.
Líquido. Conduce el líquido condensado desde la salida del condensador hasta la
válvula de expansión.
Aspiración. Conduce el gas a baja presión desde la salida del evaporador hasta la
entrada al compresor.
En el dimensionado de las tuberías se tiene en cuenta que es la misma masa de refrigerante
la que circula por todos los tramos del circuito. En este sentido, los tramos que conducen
refrigerante en estado líquido tienen un diámetro menor que los que conducen vapor, ya
que la masa en los primeros se encuentra más concentrada que en los segundos.
Análogamente, en el tramo de descarga el fluido tiene mayor presión que en el de aspiración,
por lo que la masa estará también más concentrada en el primero que en el segundo; por esta
razón, el diámetro del tubo de descarga es ligeramente menor que el de aspiración.
A modo de orientación se incluyen a continuación tablas para la selección de los diámetros de tubería en los tramos indicados, válidas para instalaciones que trabajen con R404A o R-134A. Aunque en ellas figura la tubería de descarga, hay que tener en cuenta
que las unidades condensadoras ya vienen con este tramo instalado, por lo que no es necesaria su selección.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
R-404A.
• Temperatura de condensación: 40 oC.
• Recalentamiento: 7 oC.
• Subenfriamiento: 10 oC.
TUBER‹AS PARA R-404A. DIŸMETROS INTERIORES EN MIL‹METROS
Potencia
1 kW
2 kW
3 kW
4 kW
5 kW
7,5 kW
10 kW
Tubería
Temperatura de evaporación
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Descarga
5.64
5.70
5.75
5.82
5.88
5.95
6.03
6.10
Líquido
4.25
4.28
4.32
4.35
4.39
4.43
4.47
4.52
Aspiración
7.85
8.36
8.92
9.55
10.25
11.04
11.92
12.93
Descarga
7.32
7.39
7.47
7.55
7.64
7.73
7.82
7.92
Líquido
5.50
5.54
5.58
5.63
5.68
5.73
5.78
5.84
Aspiración
10.19
10.85
11.58
12.39
13.30
14.31
15.46
16.76
Descarga
8.53
8.62
8.71
8.80
8.90
9.00
9.12
9.24
Líquido
6.39
6.44
6.49
6.54
6.60
6.66
6.72
6.79
Aspiración
11.87
12.64
13.49
14.43
15.49
16.67
18.01
19.52
Descarga
9.51
9.61
9.71
9.81
9.92
10.04
10.16
10.30
Líquido
7.11
7.17
7.22
7.28
7.35
7.41
7.48
7.56
Aspiración
13.23
14.08
15.03
16.08
17.26
18.58
20.07
21.76
Descarga
10.35
10.45
10.56
10.67
10.79
10.92
11.06
11.20
Líquido
7.73
7.79
7.85
7.91
7.98
8.06
8.13
8.21
Aspiración
14.39
15.32
16.35
17.50
18.77
20.21
21.83
23.66
Descarga
12.07
12.19
12.31
12.45
12.59
12.74
12.89
13.06
Líquido
8.99
9.06
9.13
9.21
9.29
9.37
9.46
9.56
Aspiración
16.78
17.86
19.06
20.39
21.88
23.55
25.44
27.57
Descarga
13.46
13.59
13.73
13.88
14.04
14.20
14.38
14.57
Líquido
10.01
10.09
10.17
10.26
10.35
10.44
10.54
10.64
Aspiración
18.71
19.91
21.25
22.73
24.39
26.26
28.36
30.74
Tabla 12: Selección de diámetros de tubería para instalaciones con R-404A.
39
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
R-134A.
• Temperatura de condensación: 40 oC.
• Recalentamiento: 7 oC.
• Subenfriamiento: 10 oC.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
TUBER‹AS PARA R-134A. DIŸMETROS INTERIORES EN MIL‹METROS
40
Potencia
1 kW
2 kW
3 kW
4 kW
5 kW
7,5 kW
10 kW
Tubería
Temperatura de evaporación
+10
+5
0
-5
-10
-15
-20
Descarga
6.45
6.51
6.57
6.63
6.70
6.76
6.84
Líquido
4.25
4.28
4.31
4.34
4.37
4.41
4.44
Aspiración
8.79
9.39
10.07
10.83
11.68
12.64
13,73
Descarga
8.37
8.44
8.52
8.60
8.69
8.78
8.87
Líquido
5.49
5.53
5.56
5.60
5.64
5.69
5.73
Aspiración
11.39
12.18
13.05
14.03
15.14
16.38
17.79
Descarga
9.75
9.84
9.93
10.02
10.12
10.22
10.33
Líquido
6.38
6.42
6.46
6.51
6.55
6.60
6.65
Aspiración
13.27
14.18
15.20
16.34
17.62
19.07
20.71
Descarga
10.87
10.96
11.06
11.17
11.28
11.39
11.51
Líquido
7.09
7.14
7.19
7.24
7.29
7.34
7.40
Aspiración
14.78
15.80
16.94
18.20
19.63
21.24
23.07
Descarga
11.82
11.93
12.03
12.15
12.27
12.39
12.52
Líquido
7.70
7.75
7.81
7.86
7.92
7.98
8.04
Aspiración
16.08
17.18
18.42
19.80
21.35
23.10
25.09
Descarga
13.78
13.90
14.02
14.16
14.30
14.44
14.60
Líquido
8.95
9.01
9.07
9.14
9.20
9.27
9.35
Aspiración
18.73
20.02
21.46
23.06
24.87
26.91
29.22
Descarga
15.36
15.50
15.64
15.78
15.94
16.10
16.28
Líquido
9.96
10.03
10.10
10.17
10.24
10.32
10.40
Aspiración
20.88
22.32
23.92
25.71
27.72
29.99
32.56
Tabla 13: Selección de diámetros de tubería para instalaciones con R-134A.
3
ctividad
Unidad
3
a
Selección de
Máquinas y Equipos
Indicar los diámetros nominales de las tuberías descarga, líquido y aspiración para una instalación de 5 kW de potencia
frigorífica que trabajará con R404A a una temperatura de
condensación de 40 oC y una temperatura de evaporación de
-10 oC.
41
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Ejemplo de aplicación
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Ahora es el momento de afrontar el problema en su conjunto. En este capítulo
se presenta un caso frecuente de selección de componentes analizado desde
el principio al fin.
42
Siguiendo un planteamiento similar al que te presentamos a continuación
puedes afrontar la resolución de otros problemas similares, lo que te permitirá
realizar pequeños proyectos de instalaciones.
Seleccionar el equipo necesario (evaporador, unidad condensadora y válvula de expansión) capaz de extraer el calor que entrará diariamente en una cámara frigorífica de conservación de congelados de las siguientes características.
Características de la cámara:
• Frente: 4 metros.
• Profundidad: 3 metros.
• Altura: 2,5 metros.
• Material de los paneles: espuma de poliuretano de 40 kg/m3 de densidad.
• Espesor de los paneles: 140 mm.
Características de la conservación:
• Entrada de género al día: 5.000 kg.
• Temperatura de entrada del género: - 8 oC.
• Género a conservar: Carne de vaca.
• Temperatura de conservación: -18 oC.
• Humedad relativa en el interior de la cámara: 80%.
Otros datos:
• Uso de la cámara: Detallista.
• Temperatura ambiente (media máxima): 25 oC.
• Refrigerante: R-404A.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Carga térmica de la cámara
Para obtener la carga térmica de la cámara hay que calcular el calor que entra a través de
las paredes, por servicio y por carga de género.
o Calor a través de paredes
Se calcula mediante la expresión:
• S = 2[4 × 3 + 4 × 2,5 + 3 × 2,5] = 59 m2
Qp = S ×
λ
e
• λ = 0,020 w/m K (ver tabla)
× (Te − Ti ) × 86,4
• e = 140 mm = 0,14 m
• Te = 25 ºC
• Ti = -18 ºC
Sustituyendo valores:
Q p = 59 ×
0,020
× [25 − (− 18 )]× 86,4 = 31.314 kJ / día
0,14
o Calor por servicio
La entrada de calor por servicio se estima en un 25% de la entrada de calor por paredes en
el caso de uso para detallistas:
Por lo que:
Qs = 25% Q p
Qs =
25
× 31.314 = 7.828 kJ / día
100
o Calor por carga de género
En el caso que nos ocupa el enfriamiento se realiza sin que se produzca cambio de fase: la
carne entra ya congelada a una temperatura de -8 oC y ha de bajarse su temperatura hasta los 18 oC para su conservación. El calor a extraer de la carne se calcula mediante la expresión:
43
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
• m = 5.000 kg
Q g = m × C e × (Tent − Ti )
• Ce = 1,67 kJ/kg K (En la tabla 3: calor específico después de la congelación)
• Tent = -8 oC
• Ti = -18 oC
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Sustituyendo estos datos en la fórmula obtenemos:
44
Qg = 5.000 ×1,67 × [− 8 − (− 18)] = 83.500 kJ / día
o Carga térmica diaria
El calor que entra diariamente en la cámara será la suma de los calores obtenidos anteriormente:
Qt = Q p + Qs + Q g
Qt = 31.314 + 7.828 + 83.500 = 122.642 kJ / día
Este es el calor que entra diariamente en la cámara.
Selección del evaporador
Para seleccionar los equipos con cierto margen de seguridad se incrementa la carga térmica de la cámara en un 10%. Además, dicha carga térmica deberá ser expresada en vatios,
pues es en esta unidad como viene expresada la capacidad de los equipos en los catálogos
técnico-comerciales.
Para efectuar ambas transformaciones bastará con aplicar la expresión:
P = 1,1 ×
QT
16 × 3.600
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
En nuestro caso:
P = 1,1×
122.642
= 2,34 kW = 2.340 W
16 × 3.600
En definitiva: P = 2.340 w.
El evaporador a seleccionar deberá tener esta capacidad para poder evacuar todo el calor
que entra o se genera diariamente en la cámara frigorífica.
El primer paso para seleccionar el evaporador será obtener el salto térmico que produzca en la
cámara la humedad relativa adecuada a la conservación del género (80% en nuestro caso).
Para ello, en el gráfico 1 (Fig. 11) se traza una horizontal desde el valor HR=80% hasta que
corte a la curva, descendiendo a continuación en vertical hasta el eje de abscisas, sobre el que
leeremos el salto térmico correspondiente (∆t1 = 7 K), pudiendo utilizarse este valor en grados
Kelvin o en ≥C indistintamente para realizar los cálculos.
Fig. 11: Obtención del salto térmico.
El catálogo (tabla 6) incluye las capacidades de los evaporadores en estas condiciones de
salto térmico y temperatura de la cámara, por lo que podrás seleccionar directamente
aquél que tenga la capacidad más próxima a tus necesidades.
El modelo PLM-N 20 tiene una capacidad de 2.390 W, capacidad muy próxima a los 2.340 W
que se necesitan (Fig.12).
45
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
46
Fig. 12: Selección del evaporador sobre el catálogo.
Selección de la unidad condensadora
Puedes seleccionar tu unidad condensadora de entre las que figuran en la tabla 7. Como
puedes observar, en ella no figura la temperatura ambiente del enunciado del problema,
pero sí la de 27 oC, que es la que más se le aproxima.
Así, pues, para seleccionar la unidad condensadora se entra en la tabla 7 por la temperatura de evaporación de -25 oC y se efectúa la lectura de la potencia frigorífica de cada unidad a una temperatura ambiente de 27 oC (Fig.13).
Fig. 13: Selección de la unidad condensadora sobre el catálogo.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Como puedes comprobar, los modelos AD25/DKL-20X y AU55/DKL-20X proporcionan
una potencia frigorífica de 2.320 W en las condiciones descritas.
Cabe preguntarse cuál será su potencia para una temperatura ambiente de 25 oC, aunque
es de suponer que no diferirá mucho de la obtenida, pues la diferencia de temperaturas es
pequeña. Aun así, para una mayor aproximación puedes recurrir a obtener dicha potencia
efectuando una extrapolación (Fig.14) -la extrapolación es similar a la interpolación, con
la única diferencia de que el valor buscado está fuera del intervalo conocido-.
Fig. 14: Potencia frigorífica de la unidad a 25 oC obtenida por extrapolación.
Selección de la válvula de expansión
En la tabla 8 puedes seleccionar un cuerpo de válvula del tipo TISE-SAD con MOP a -20 ºC
y equilibrador externo (Fig. 15).
Fig. 15: Selección del cuerpo de la válvula.
(Continúa)
47
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Fig. 15 (continuación): Selección del cuerpo de la válvula.
48
Para la selección del orificio se utiliza la tabla de selección rápida. Se entra en vertical por
la temperatura de evaporación de -25 oC y en horizontal por la temperatura de condensación de 40 oC, y se selecciona el orificio que proporcione una capacidad lo más próxima
posible a la del proyecto.
Como vemos (Fig. 16), corresponde al orificio del número 2 (La cifra que aparece en la
denominación del modelo de válvula corresponde al orificio).
Fig. 16: Selección del orificio de la válvula de expansión.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Determinación del diámetro de las tuberías
La potencia frigorífica de la instalación que nos ocupa es de 2.340 W (2,34 kW), el cual
no figura en la tabla de diámetros de tubería para R-404A. Consideraremos entonces el
rendimiento de 2 kW. Entraremos en la tabla en vertical por la temperatura de evaporación
de -25 oC y en horizontal por el rendimiento de 2 kW. Los diámetros que se obtienen son
los siguientes (Fig. 17):
Descarga: 7,82 mm.
Líquido: 5,78 mm.
Aspiración: 15,46 mm.
Potencia
1 kW
2 kW
3 kW
4 kW
5 kW
7,5 kW
10 kW
TUBER‹AS PARA R-404A. DIŸMETROS INTERIORES EN MIL‹METROS
Temperatura de evaporación
Tubería
Descarga
5
5.64
0
5.70
-5
5.75
-10
5.82
-15
5.88
-20
5.95
-25
6.03
-30
6.10
Líquido
4.25
4.28
4.32
4.35
4.39
4.43
4.47
4.52
Aspiración
7.85
8.36
8.92
9.55
10.25
11.04
11.92
12.93
Descarga
7.32
7.39
7.47
7.55
7.64
7.73
7.82
7.92
Líquido
5.50
5.54
5.58
5.63
5.68
5.73
5.78
5.84
Aspiración
10.19
10.85
11.58
12.39
13.30
14.31
15.46
16.76
Descarga
8.53
8.62
8.71
8.80
8.90
9.00
9.12
9.24
Líquido
6.39
6.44
6.49
6.54
6.60
6.66
6.72
6.79
Aspiración
11.87
12.64
13.49
14.43
15.49
16.67
18.01
19.52
Descarga
9.51
9.61
9.71
9.81
9.92
10.04
10.16
10.30
Líquido
7.11
7.17
7.22
7.28
7.35
7.41
7.48
7.56
Aspiración
13.23
14.08
15.03
16.08
17.26
18.58
20.07
21.76
Descarga
10.35
10.45
10.56
10.67
10.79
10.92
11.06
11.20
Líquido
7.73
7.79
7.85
7.91
7.98
8.06
8.13
8.21
Aspiración
14.39
15.32
16.35
17.50
18.77
20.21
21.83
23.66
Descarga
12.07
12.19
12.31
12.45
12.59
12.74
12.89
13.06
Líquido
8.99
9.06
9.13
9.21
9.29
9.37
9.46
9.56
Aspiración
16.78
17.86
19.06
20.39
21.88
23.55
25.44
27.57
Descarga
13.46
13.59
13.73
13.88
14.04
14.20
14.38
14.57
Líquido
10.01
10.09
10.17
10.26
10.35
10.44
10.54
10.64
Aspiración
18.71
19.91
21.25
22.73
24.39
26.26
28.36
30.74
Fig. 17: Determinación de los diámetros interiores de las tuberías.
49
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Los tubos comerciales que proporcionan diámetros interiores similares a los obtenidos en
la tabla son los siguientes (Fig. 18):
Descarga: 3/8∆.
Líquido: 5/16∆.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Aspiración: 3/4∆.
50
DIMENSIONES COMERCIALES DE LOS TUBOS DE COBRE PARA
REFRIGERACI‡N
Diámetro
nominal
(pulgadas)
Diámetro
exterior
(mm)
Espesor
(mm)
Diámetro
interior
(mm)
6,35
0,76
4,83
5/16∆
7,93
0,76
6,41
3/8∆
9,52
0,76
8,00
∆
12,7
0,76
11,18
∆
12,7
0,81
11,08
5/8∆
15,87
0,76
5/8∆
15,87
∆
∆
∆
TUBER‹AS PARA R-404A
DIŸMETROS INTERIORES
EN MIL‹METROS
T≤ de evaporación
-20
-25
-30
5.95
6.03
6.10
4.43
4.47
4.52
11.04
11.92
12.93
14,35
7.73
7.82
7.92
0,81
14,25
5.73
5.78
5.84
19,05
0,81
17,43
14.31
15.46
16.76
19,05
0,89
17,27
9.00
9.12
9.24
7/8∆
22,22
0,81
20,60
6.66
6.72
6.79
7/8∆
22,22
0,89
20,44
16.67
18.01
19.52
1∆
25,40
0,89
23,62
10.04
10.16
10.30
1 1/8∆
28,57
0,89
26,79
7.41
7.48
7.56
1 1/8∆
28,57
1,02
26,53
1 3/8∆
34,92
1,02
32,88
18.58
20.07
21.76
1 3/8∆
34,92
1,07
32,78
10.92
11.06
11.20
1 3/8∆
34,92
1,27
32,38
8.06
8.13
8.21
Fig. 18: Selección de los diámetros comerciales de los tubos.
En la selección se han tomado los diámetros más próximos por exceso, debido a que nuestro rendimiento (2,34 kW) es superior a los 2 kW considerados en la tabla (para una mayor
aproximación efectuar una interpolación).
4
ctividad
Unidad
3
a
Selección de
Máquinas y Equipos
Selecciona de entre los catálogos que figuran en esta unidad,
un evaporador, una unidad condensadora y una válvula de
expansión para una máquina frigorífica de 3.000 W de potencia frigorífica a 0 oC de temperatura de conservación, 8 K de
salto térmico y 25 oC de temperatura ambiente.
51
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Resumen
Carga térmica de la cámara
Para la determinación de la carga térmica de una cámara
frigorífica se calculan las siguientes ganancias de calor:
Calor a través de paredes:
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Qp = S ×
52
λ
e
× (Te − Ti ) × 86,4
Calor por servicio:
Qs = % Q p
Calor por carga de género:
• Si no hay cambio de fase:
Q g = m × C e × (Tent − Ti )
• Si hay cambio de fase:
Qg = Q1 + Q2 + Q3
• Donde:
Q1 = m × Cel × (Tent − Tcong ) calor antes de congelación
Q2 = m × C L calor durante la congelación
Q3 = m × Ces × (Tcong − Ti ) calor tras la congelación
Carga térmica total:
QT = Q p + Qs + Qg
Selección del evaporador
Potencia frigorífica del equipo:
P = 1,1 ×
QT
16 × 3.600
Para la selección del evaporador atender a la:
Circulación del aire a su través - estáticos o dinámicos.
Forma- cúbicos, de plafón o murales.
Separación de aletas - entre 3 y 7 mm.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Capacidad del evaporador: que puede obtenerse
de los catálogos técnico-comerciales básicamente
de tres formas:
• Directamente: si las condiciones de funciona-
miento de nuestro evaporador coinciden con
las de catálogo.
• Aplicando un factor de corrección que transforme nuestras condiciones a las de catálogo
para poder elegirlo directamente.
• Utilizando programas informáticos que, al introducir las condiciones de funcionamiento,
proporcionen directamente los evaporadores
más adecuados.
Selección de otros
componentes
La unidad condensadora se selecciona atendiendo a su
potencia frigorífica en función de las temperaturas de
condensación (o ambiental, según catálogos) y la de
evaporación (o de conservación, según catálogos).
Para la selección de la válvula de expansión atenderemos a:
Tipo de refrigerante: Las válvulas de expansión están
pensadas para trabajar con un único refrigerante.
Tipo de equilibrador: pudiendo ser interno en
evaporadores con poca pérdida de carga o externo
en evaporadores con mucha pérdida de carga.
Tipo de unión: soldada o roscada.
Capacidad nominal del orificio: que se obtienen
de catálogo conociendo las temperaturas de evaporación y condensación.
Para la selección de las tuberías se puede recurrir a tablas ya confeccionadas para distintas potencias frigoríficas de la instalación.
53
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Autoevaluación
1. Calcula las ganancias de calor que se producen al introducir diariamente 1.000 kilos
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
de pescado congelado a -8 oC en una cámara frigorífica cuya temperatura interior es
de -18 oC.
54
2. Calculada la carga térmica diaria de una cámara frigorífica se ha obtenido que ésta
es de 3.000 W. Se pretende que la temperatura interior sea de +2 oC y que la
humedad relativa se mantenga en torno al 80%.
Selecciona en la tabla adjunta el modelo de evaporador capaz de mantener el aire
de la cámara en las condiciones descritas.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
3. Seleccionar de entre los modelos disponibles en el catálogo adjunto, un evaporador de 3.000 W de capacidad para enfriar el aire de una cámara a -18 oC, manteniendo la humedad relativa de su interior al 70%. Se adjuntan los gráficos para la
selección.
55
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
4. Seleccionar una unidad condensadora de 20.000 W de potencia frigorífica de en-
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
tre las que se ofrecen en el catálogo adjunto, sabiendo que trabajará bajo una temperatura ambiente de 30 oC y con una temperatura de evaporación de -30 oC.
56
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
5. Seleccionar en el catálogo adjunto el orificio para una válvula de expansión que se
instalará en un equipo frigorífico de 3.000 W de potencia frigorífica, el cual trabajará con refrigerante R-134A a una temperatura de condensación de +45 oC y una
temperatura de evaporación de -10 oC.
57
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Respuestas Actividades
1. En el primer caso, al no haber congelación, utilizamos la expresión:
Qg = m × Ce × (Tent − Ti )
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
En esta expresión:
58
m = 1.000 kg.
Ce = 2,13 kJ/kg (Tabla 2).
Tent = 15 oC.
Ti = 5 oC.
Sustituyendo estos valores en la fórmula tenemos:
Q g = m × C e × (Tent − Ti ) = 1.000 × 2,13 × (15 − 5) = 21.300 kJ
En el segundo caso la carne se congela, por lo que el cálculo debe hacerse en tres
pasos:
a. Primero se hace descender su temperatura desde +5 oC hasta 0 oC.
Q1 = m × C el × (Tent − Tcong ) = 1.000 × 2,13 × (5 − 0) = 10.650 kJ
b. Después se congela a 0 oC.
Q2 = m × C L = 1.000 × 128 = 128.000 kJ
c. Finalmente se hace descender su temperatura hasta -10 oC.
Q3 = m × C es × (Tcong − Ti ) = 1.000 × 1,3 × [0 − (− 10 )] = 13.000 kJ
El calor total extraído en este caso es:
Q g = Q1 + Q2 + Q3 = 10.650 + 128.000 + 13.000 = 151.650 kJ
En ambos casos la temperatura de la carne desciende 10 oC, sin embargo en el segundo caso el calor extraído es mucho mayor que en el primero; ello se debe a
que hay que extraer una gran cantidad de calor para que la carne se congele, permaneciendo la temperatura constante a 0 oC durante la congelación.
La congelación absorbe mucho calor, por eso los equipos destinados a realizarla
son mucho más potentes que los destinados a la simple conservación de productos
ya congelados.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
2. Para conocer el rendimiento del evaporador en las condiciones Tc = +10 oC y
Dt1 = 10 K utilizaremos el factor de corrección que se obtiene del gráfico correspondiente. Para ello es preciso obtener primeramente la temperatura de evaporación:
T≤ de evaporación = Tc √ Dt1 = +10 -10 = 0 oC
A continuación se traza una vertical desde la temperatura de evaporación de 0 oC
hasta cortar a la curva correspondiente a Dt1 = 10 K. Seguidamente se traza una
horizontal hasta cortar al eje vertical, en el que obtendremos el factor de corrección correspondiente, que en este caso es Fc = 1,5.
Conocida la capacidad del evaporador en las condiciones de catálogo (Tc = 0 oC y DT1
= 8 K), se puede conocer su capacidad en otras condiciones aplicando la expresión:
Capacidad otras condiciones = Capacidad condiciones de catálogo x Fc
En nuestro caso: Capacidad otras condiciones = 78.120 x 1,5 = 117.180 W
Como puedes comprobar, ésta es la capacidad que figura en el catálogo para las
condiciones analizadas.
Procediendo de manera análoga para las condiciones Tc = -18 oC y Dt1 = 7 K se tiene:
T≤ de evaporación = Tc √ Dt1 = -18 -7 = -25 oC
Fc = 0,77
59
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
60
Por lo que:
Capacidad otras condiciones = 78.120 x 0,77 = 60.152 W
Salvando los pequeños errores que se pueden producir al efectuar la lectura en el
gráfico, el valor obtenido es prácticamente el mismo que figura en el catálogo para
las condiciones estudiadas.
3. Entrando en la tabla 12 en horizontal por el rendimiento de 5 kW, podemos leer
los diámetros interiores de los tubos en la columna correspondiente a la temperatura de evaporación de -10 oC, éstos son:
Diámetro interior de la línea de descarga: 10,67 mm.
Diámetro interior de la línea de líquido: 7,91 mm.
Diámetro interior de la línea de aspiración: 17,50 mm.
En la tabla de dimensiones comerciales seleccionaremos aquellos tubos cuyos diámetros interiores se aproximen a nuestras necesidades:
Tubo para la línea de descarga: 1/2∆.
Tubo para la línea de líquido: 3/8∆.
Tubo para la línea de aspiración: 3/4∆.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
4. Puesto que las condiciones impuestas coinciden con las del catálogo de evaporadores FRIMETAL de la tabla 6, elegiremos directamente aquél cuya capacidad se
aproxime más a los 3.000 W. Como vemos, se trata del modelo PLM-N20, de
3.100 W de capacidad.
Para la elección de la unidad condensadora calcularemos previamente la temperatura de evaporación:
T≤ evap = T≤ conserv √ salto térmico = 0 √ 8 = -8 oC
En la tabla 7 de unidades condensadoras DWM Copeland no figura esta temperatura de evaporación, siendo las más próximas -5 oC y -10 oC. Tampoco figura en la
tabla la temperatura de condensación del enunciado, 25 oC, pero sí la de 27 oC,
muy próxima a ella. En este caso haremos una estimación del valor de la potencia
entre los valores conocidos, aunque para hacerlo de una forma más exacta se puede recurrir a una interpolación.
Entraremos entonces en la tabla por las temperaturas de evaporación de -5 oC y -10 oC
y seleccionaremos aquella unidad con una potencia frigorífica similar a la del enunciado (3.000 W) para una temperatura ambiente de 27 oC.
Existen tres modelos cuya potencia frigorífica se aproxima a nuestras necesidades:
El modelo AM25/DKJ-10X proporciona una potencia frigorífica de 3.260 W a una
temperatura de condensación de 27 oC y de evaporación de -5 oC; con la misma
temperatura de condensación pero con una temperatura de evaporación de -10 oC,
la potencia frigorífica de este modelo es de 2.770 W.
El modelo AU35/DKJ-10X proporciona una potencia frigorífica de 3.320 W a una
temperatura de condensación de 27 oC y de evaporación de -5 oC; con la misma
temperatura de condensación pero con una temperatura de evaporación de -10 oC,
la potencia frigorífica de este modelo es de 2.820 W.
Los modelos AD15/DKJ-10X y AU45/DKJ-10X proporcionan una potencia frigorífica de 3.520 W a una temperatura de condensación de 27 oC y de evaporación de -5 oC; con la misma temperatura de condensación pero con una temperatura de evaporación de -10 oC, la potencia frigorífica de este modelo es de
2.960 W.
61
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Respuestas Autoevaluación
1. El calor a extraer será el necesario para hacer descender la temperatura del pescado desde los -8 oC hasta los √18 oC. Este calor se calcula mediante la expresión:
Q g = m × C e × (Tent − Ti )
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
En la que, sustituyendo datos:
62
Q g = m × C e × (Tent − Ti ) = 1.000kg × 1,74
kJ
× [− 8º C − (−18º C )] = 17.400 kJ
kg ⋅ K
El calor específico utilizado es el del pescado después de la congelación (Tabla 3).
2. Primeramente se debe obtener el salto térmico que proporcione la humedad relativa deseada, para lo cual debemos recurrir al gráfico de la figura que se encuentra
en la unidad didáctica:
El salto térmico que se obtiene es ∆t1 = 7 oC. Como se puede comprobar, las condiciones del enunciado del problema ∆t1 = 7 oC y Tc = +2 oC) figuran en el catálogo en la segunda columna de rendimientos, por lo que para seleccionar el evaporador adecuado basta con elegir directamente aquél que tenga un rendimiento lo
más próximo al deseado (3.000 W), que en este caso es el A 60, con 3.070 W de
rendimiento.
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
3. En este caso la humedad relativa deseada es del 70%, que se corresponde con un
salto térmico de 9,5 K, según puede verse en el gráfico 1:
A continuación se obtiene el factor de corrección Fc en el gráfico 2, siendo el valor
obtenido Fc = 1,1. Dividiendo la capacidad deseada por este factor de corrección
se obtendrá la capacidad con la que figura en catálogo el evaporador buscado.
Capacidad condicione s de catálogo =
Capacidad otras condicione s 3.000 W
=
= 2.727 W
Factor de corrección
1,1
En el catálogo encontramos dos modelos cuyo rendimiento se aproxima a este valor de 2.727 W: son el EF40 y el G40, cuyas capacidades en las condiciones de catálogo (∆t1 = 8 K y Tc = 0 oC) son 2.960 W y 2.510 W respectivamente. Al tratarse
de un producto congelado es preferible tomar el evaporador son una separación de
aletas de 7 mm (ver tabla 4 de la unidad), por lo que optaremos por el modelo
G40.
4. El salto térmico que tiene lugar en un condensador es de 15 oC sobre la temperatura ambiente, por lo que la temperatura de condensación a considerar será de 45 oC
(30 oC + 15 oC = 45 oC). La tabla adjunta incluye los rendimientos (potencias frigoríficas) de las unidades condensadoras para las temperaturas de condensación de
+40 oC y +50 oC y para las temperaturas de evaporación de -30 oC, -35 oC y -45 oC.
Buscaremos en la tabla el rendimiento más próximo al deseado para una temperatura de evaporación de -30 oC.
63
Módulo: Instalaciones Frigoríficas
Como vemos, la unidad UC40 proporciona un rendimiento de 20.510 W a la temperatura de condensación de +40 oC, y de 19.390 W a +50 oC. Cabe preguntarse
cuál será su rendimiento a +45 oC, temperatura del enunciado del problema.
Técnico en Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor
En este caso puede recurrirse a una interpolación. Puesto que +45 oC es la media
aritmética de +40 oC y +45 oC, también lo será ƒcon cierta aproximaciónƒ el valor del rendimiento a +45 oC respecto a los rendimientos a +40 oC y +45 oC. Así,
pues, el rendimiento de la unidad UC40 será:
64
Rendimiento =
20.510 W + 19.390 W
= 19.950 W
2
Valor muy próximo al exigido en el enunciado del problema.
5. Entrando en la tabla por la columna correspondiente a la temperatura de evaporación
de -10 oC, vemos que el orificio n≥ 2 es adecuado para la capacidad de 3,06 kW
(3.060 W) a +50 oC de temperatura de condensación, y de 2,91kW (2.910 W) para la
temperatura de +40 oC.
Al igual que se hizo en el problema anterior, se puede promediar el valor de la capacidad de la válvula para obtener su capacidad a +45 oC:
Capacidad =
3.060 W + 2.910 W
= 2985 W
2
De valor muy próximo al deseado (3.000 W).
Unidad
3
Selección de
Máquinas y Equipos
Notas
65
Técnico en Montaje y Mantenimiento
de Instalaciones de Frío, Climatización y Producción de Calor