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ESTUDIO DEL SISTEMA DE
REFRIGERACIÓN APLICADO
EN LA FABRICA DE HIELO “EL DELFIN”
Análisis fabricación del hielo
2
INDICE
I. INTRODUCCION
II. GENERALIDADES DEL PRODUCTO A CONGELAR
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
IV. ESQUEMA DE DISEÑO DE LA PLANTA DE CONGELADO
4.1. Tamaño y localización de la Planta
4.2. Productos elaborados
4.3. Descripción de las fases de procesamiento
V. DIMENSIONAMIENTO DE LA CAMARA DE CONGELADO
5.1 Dimensionamiento del producto
5.2 AISLAMIENTO TERMICO DE LA INSTALACION
5.3 SELECCIÓN DEL AISLANTE Y ESPESOR DE AISLAMIENTO
5.3.1 Aislamiento de las Instalaciones
5.3.2 Aislamiento del túnel de congelado
5.3.3 Aislamiento de las paredes
5.3.4 Aislamiento del techo
5.3.5 Aislamiento del suelo
5.3.6 Aislamiento de la cámara de almacenamiento
5.3.7 Aislamiento de las paredes
5.3.8 Aislamiento del techo
5.3.9 Aislamiento del suelo
VI. CALCULO DE LAS CARGAS TERMICAS DE REFRIGERACION
6.1. CAPACIDAD DE REFRIGERACION REQUERIDA
6.2. CAMARA DE ALMACENAMIENTO DE CONGELADO
6.2.1. CARGA TERMICA DEBIDO A LA REFRIGERACION DEL PRODUCTO
6.2.2. PERDIDA DE FRIO ATRAVES DEL AISLAMIENTO
6.2.3. PERDIDA DE FRIO POR INGRESO DE AIRE CALIENTE
6.2.4. EQUIVALENTE CALORICO DEL FUNCIONAMIENTO DE MOTORES ELECTRICOS
6.2.5. CARGAS VARIAS
6.2.5.1. CARGA POR ILUMINACION
6.2.5.2. CARGA POR PERSONAS
6.2.6. CAPACIDAD DE REFRIGERACION REQUERIDA
VII. CICLO TERMODINAMICO DE REFRIGERACION
Análisis fabricación del hielo
3
VIII.CONDICIONES DE EVAPORACION
7.1. CONDICIONES DE CONDENSACION
7.2. ESQUEMA DEL CICLO TERMODINÁMICO:
7.3. CALCULO DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES DEL CICLO
7.4. CALCULO DE LOS CAUDALES DE REFRIGERANTE QUE CIRCULAN POR CADA UNO DE LOS
EVAPORADORES:
7.5. CALCULO DE LOS CAUDALES DE REFRIGERANTE QUE CIRCULAN POR CADA UNO DE LOS
EVAPORADORES:
7.6. VOLUMEN TEORICO QUE CIRCULA POR EL COMPRESOR
7.7. EQUIVALENTE TERMICO DEL TRABAJO DE COMPRESION
7.8. POTENCIA ELECTRICA DEL MOTOR DE ACCIONAMIENTO DEL COMPRESOR
7.9. CALOR CEDIDO EN EL CONDENSADOR
7.10. EFECTO REFRIGERANTE
7.11. COEFICIENTE DE FUNCIONAMIENTO
7.12. POTENCIA POR TONELADA
7.13. CAUDAL POR TONELADA
IX. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACION
9.1. SELECCIÓN DEL COMPRESOR
9.2. SELECCIÓN DEL CONDENSADOR
9.3. SELECCIÓN DEL DISPOSITIVO DE ESPANSION
9.4. SELECCIÓN DEL EVAPORADOR
9.4.1. TIPO
9.4.2. FLUJO DE CALOR
X. SELECCIÓN DE TUBERIAS Y ACCESORIOS
10.1. SELECCIÓN DE TUBERIAS Y ACCESORIOS
10.1.1. TUBERIA DE ASPIRACION
10.1.2. TUBERIA DE LIQUIDO
10.1.3. TUBERIAS DE DESCARGA
10.2. ACCESORIOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACION
10.2.1. ELEMENTOS DE LA LINEA DE SUCCION
10.2.2. ELEMENTOS DE LA LINEA DE DESCARGA
XI. CONCLUSIONES
XII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
Análisis fabricación del hielo
4
I. INTRODUCCION
La actual demanda de bloques de hielo ha crecido rápidamente debido a los avances
tecnológicos en los equipos de refrigeración modernos. Las industrias químicas y de
construcción, por ejemplo, usan bloques de hielo en situaciones donde el uso de equipos no es
práctico. Las industrias de pesca es otro de los mayores consumidores de bloques de hielo, ya
que lo usan para conservar el pescado desde el momento que es atrapado hasta que son
vendidos. Los bloques de hielo también son usados en gran magnitud por los vendedores de
alimentos y bebidas para conservar los alimentos y/o las bebidas frías.
El hielo en bloques es la forma de hielo más vendido debido a una variedad de razones.
Para empezar, los bloques de hielo se derriten más lentamente que los otros tipos de hielos.
Su forma rectangular lo hace fácil de elevar hasta unos 15 metros. Los bloques de hielo
también son separados fácilmente para almacenarlo en grandes cantidades. Otros tipos de
hielos tienen la tendencia de congelarse en conjunto en una masa sólida haciendo difícil su
manipulación y trabajo.
Otro de los beneficios de producir bloques de hielo es su facilidad de transporte.
Cuando son enviados a localidades que están a menos de cuatro horas, los bloques de hielo
pueden ser colocados en la parte trasera de un camión con sólo una tela asfáltica o un toldo
para protegerlo de otros elementos.
Un proceso de refrigeración consiste en la extracción de calor de un cuerpo llevándolo
de una temperatura superior hacia una inferior muchas veces debajo de 0º C, el objetivo de la
refrigeración es optimizar el trabajo al cual esta asociado una extracción de calor adecuada
como por ejemplo, acondicionamiento de aire , conservación de alimentos, etc.
La obtención del hielo a partir del agua, obedece a un sistema adecuado de
fabricación, este sistema es denominado EQUIPO FRIGORIFICO, el cual consta de 4
elementos principales de los cuales garantizan un funcionamiento adecuado para la
fabricación de este producto tan necesario en la industria.
Además de un equipo frigorífico para la fabricación de hielo, muchas veces existe la
necesidad de conservarlo, en ambientes adecuados para evitar la absorción de calor, estos
ambientes son conocidos como Cámara Frigorífica o Cámara de Almacenamiento para
conservar barras de hielo.
Análisis fabricación del hielo
5
II GENERALIDADES DEL PRODUCTO A REFRIGERAR
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA.
La capacidad de refrigeración de la planta es de 40 toneladas de hielo.
Utiliza como refrigerante al amoniaco ( R717 ).
El hielo es producido en cubetas, teniendo cada una un peso aproximado de 25kg.
La única materia prima utilizada en esta planta de producción de hielo es agua limpia.
Si el hielo producido es para consumo humano, se utilizará agua potable.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
1. Cubetas de tamaño rectangular son colocados en enrejados y llevados hacia la
máquina de llenado, que llena automáticamente cada una de las latas con la
cantidad apropiada de agua pre congelado. Agua potable es utilizada para producir
hielo con propósitos de consumo humano.
2. Las cubetas son sujetadas, elevadas y transportadas al tanque de salmuera (cloruro
de sodio y calcio) donde será inmerso el tanque de salmuera mantiene el hielo a
una temperatura de -10ºC. Siendo circulada constantemente para mantener la
temperatura en el tanque.
3. Se sopla aire sobre las latas para provocar un movimiento en remolinos para
eliminar cualquier impureza y burbuja de aire en el agua y también para aumentar la
transferencia de calor.
4. Una vez que se forma hielo, las cubetas son elevadas mediante un sistema
automatizado a control remoto de poleas desde el tanque de congelamiento y son
colocadas en el tanque de descongelado. Agua a temperatura ambiente es utilizada
para que el hielo se deslice fuera de las cubetas.
5. Las cubetas vacías son retornadas a la máquina de llenado y el hielo es colocado en
un área de almacenamiento temporal para luego ser nviado a u estino final el
cliente.
.
Análisis fabricación del hielo
6
Análisis del fluido a refrigerar
El agua es un excelente fluido desde el punto de vista de que es abundante, no tóxico,
barato y además transporta importantes cantidades de energía si hay cambio de fase.
Debemos distinguir varias zonas de importancia para el estudio termodinámico de las
propiedades del agua. Estas son:
Zona del Sólido: es la zona que corresponde a las propiedades del hielo.
Veremos un diagrama de fase que muestra las diferentes zonas y tipos de hielo
que existen
Zona del líquido: incluye la interfase sólido líquido. Hablaremos un poco de estos
cambios de fase.
Zona de vapor: estudio elemental de la campana de cambio de fase y zona de
vapor sobrecalentado.
Zona de gas: es la zona en que estamos sobre la temperatura crítica.
Si bien en los párrafos que siguen nos referiremos en especial al agua y vapor de agua,
muchas de las ideas y conceptos que se exponen son aplicables a otros fluidos.
Zona del Sólido:
El hielo de agua tiene una estructura cristalina muy compacta. A medida que las
condiciones de presión y temperatura varían, se pueden formar diferentes estructuras
cristalinas. En la siguiente figura vemos ilustrado una superficie que representa las
propiedades del agua en la zona del sólido (hielo):
Análisis fabricación del hielo
7
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
- Uno de los problemas importantes a tomar en cuenta en la conservación de
productos, tanto industriales como alimenticios es la descomposición de estos por
permanecer expuestos al medio ambiente, la solución es conservarlos en su mayoría a
temperaturas relativamente bajas; el hielo es un elemento primordial en estos caso,
pues tiene la capacidad de absorber calor y mantenerlo a una temperatura adecuada.
- Los rangos de operación del hielo al refrigerarlo, son por debajo de los 0º C:
- Este proceso es relativamente reciente en el que el calor es removido fundiendo un
gran bloque de hielo formado durante días en una pequeña unidad refrigerante. El calor
de la bodega es removido haciendo pasar aire a través de pulverizaciones de agua
fundida a la temperatura del hielo en una cámara separada de la bodega. De esta
manera, el aire frío con alta humedad relativa puede enfriar rápidamente la bodega y el
producto contenido en su interior. En la actualidad, existen unidades disponibles de
menos de cinco toneladas de capacidad.
Temperatura Almacenamiento
Temperatura Ambiente
Húmedad Relativa
Calor Específico
-10ºC
25ºC
85%
0,5 K cal/kg.
Análisis fabricación del hielo
8
IV DISEÑO DE LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN
4.1. Dimensionamiento de la Cámara de almacenamiento.
Datos del diseño del molde.
Capacidad de la cámara de almacen. 40 toneladas.
W/barra 50 kg.
Velocidad de la salmuera 40 „/minuto.
Temperat. De la Salmuera (14 F a 15 F) Ts = 15 F (-9.4 C)
De estos datos según tablas del manual técnico ASHRAE (manual de refrigeración)
obtenemos
A =575, t =8”
Dimensiones interiores 8” x 16” x 31”
Espesor (e) 1/8 “
Material Sección rectangular (forma
piramidal) ½”
Convergencia ½”
Peso del Molde 50 kg.
Tiempo de Congelación en horas (F)
Ts
AtFREESINGTF
32)(
2
reemplazando, los datos, anteriores
tenemos:
64,211532
875,5 2
x
F horas
Supongamos que la planta debe congelar hielo en 24 horas; para este tiempo
recalculamos; y despejamos (T)
Análisis fabricación del hielo
9
) Salmuera (º6,16
24
)8)(75,5(3232
2
2
ladeatemperaturFT
F
AtT
s
s
Nº de Moldes para producir 40 toneladas en 24 horas
Para producir 40 toneladas;
1 tonelada es equivalente 2000 lbs;
por lo tanto 40 toneladas 80 000 libras
24 x P
000 80 FN donde: F = horas de Congelación
P = peso del molde
N = Nº mínimo de moldes
P = 50 kg (100 lb)
Reemplazando datos:
24 100
24 x 000 80
xN
N = 800 barras Capacidad en barras de almacenamiento
Dimensionado de Cámara de Almacenamiento.- (internamente)
- Debemos tener un espacio para que se pueda mover dentro de la cámara una o dos
personas, demos un área de aproximadamente 100 cm x 300 cm; entonces el área
interna de la cámara será:
Análisis fabricación del hielo
10
4.2 Selección del Aislante y Espesor del Aislante
- El ambiente a emplear en cámara de almacenamiento en la pared y el techo,
estará formada por varias capas en función de la capacidad de almacenamiento:
40 toneladas.
- Material aislante: según ASHRAE HANDBOOK
Tipo de Construcción de pared con aislante
Análisis fabricación del hielo
11
Paredes y Techo:
Pared/techo Conductivitas Térmica Espesor
Ladrillo común
Placa de corcho
Revestimiento de Plástico
(3 capas)
5 Btu plg/hp2 ºF
0,3 Btu plg/hp2 ºF
3,41 Btu plg/hp2 ºF
12 in
6 in
-
Análisis fabricación del hielo
12
4.3 Esquema de Cámara Frigorífica
Análisis fabricación del hielo
13
V CALCULO DE LA CARGA TÉRMICA:
5.1 Carga Térmica a través de pared, techo y piso
- Calculamos el coef. Global de transf. de calor; atravez de la pared:
HoKK
e
K
e
HiV
1111
3
2
1
1
2
Donde: Hi = Conduct. Aire interior
H2 = Conduct. Aire exterior
K1 = Conduct. Térmica paredes de ladrillo común
K2 = Conduct. Térmica en placa de corcho
K3 = Conduct. Térmica del Revestimiento
Asumiendo que:
Aire dentro de cámara (calma) Hi = 1.65 Btu/hp2 F
Aire fuera de cámara (Vm = 4 m/h) He = Btu/hp2 F
Reemplazando datos de (K) y (H); tenemos:
U = 0.04232 Btu/h.p2 F
Efecto de la Radiación Solar en la Transferencia de Calor.-
- Si se considera al techo y 2 paredes expuestas al sol las variaciones de temperatura
serán:
Análisis fabricación del hielo
14
- Incremento de Variación de temperatura en paredes expuesta al sol serán: (Tabla
10.6) Paredes = 4ºF
Techo = 9ºF
- entonces ∆T para paredes
expuesto al sol: ∆T = FCC º45
9)º10(º25
∆T = 67ºF
- ∆T para el techo expuesto al sol: ∆T= FCC º95
9)º10(º25
∆T = 72ºF
- Cálculo de Áreas en paredes y techos.-
Paredes (N) y (S) = A =6.92 x 3.48 = 24.08 m2 = 259 pies2
Paredes (E) y (o) = A = 13.92 x 3.48 = 48.44 m2 = 521 pies2
Techos = A 6.92 x 13.92 = 96.32 m2 = 1036.7 pies2
- Carga térmica en Paredes (N) y (S)
Análisis fabricación del hielo
15
QA = QN + QS
QA = A V ∆TN +∆V∆T‟ = AV (∆TN + ∆T‟)
QA = 259 p2 x 0,04232 x (63 ºF + 67ºF)
QB = 1425.0 Btu/h
- Carga en paredes (O) y (E)
QB = AV (∆TO + ∆T‟)
QA = 521 p2 x 0,04232 x (63 ºF + 67ºF)
QB = 2866,33 Btu/h
- Carga a través del techo
QC = AV ∆T‟‟= 1036,7 p2 x 0,04272 x ( 72ºF)
QB = 3188.72 Btu/h; remplazando tenemos:
Q1= QA + QB +Qc
Q1 = 7480,05 Btu/h Q1 = 2,19 KJ/S.
- Carga a través del piso
Para piso de loza de concreto de espesor 8” y espesor de aislamiento 6” tenemos que:
U =0.047 Btu/hp2 F, si asumimos que Tp = 18 C y la temperatura interna de
almacenamiento de -10 C, la carga a travez del piso será :
Q2 = A U ∆T
Q2 = 1036.7 x 0.047 x (18 C –(-10 C)) x 9/5
Q2 = 2455.73 Btu/h. Q2 = 719 J/s.
5.2) Carga por cambio de aire.
Cuando la puerta se abre, del aire caliente del exterior entra al espacio para reemplazar al
aire frio mas denso, esto es una perdida del espacio refrigerado al calor eliminado.
La ganancia de calor en el espacio refrigerado como resultado de los cambios de airees
difícil determinarla con exactitud.
Análisis fabricación del hielo
16
Q3 = Carga x Cambio de aire
Datos : volumen int. De la cámara 45.67 x 22.70 x 8.41 = 8718.72 pies2
De la tabla 10-8B (DOSSAT), tenemos los cambios de aire por 24 horas: 4.12
(interpolando).
De la tabla 10-7B (DOSSAT), determinaremos el factor por cambio de aire:
Para O = 85 y T =-10 C = 14 F y T.ext = 77 C es 2.364
luego tenemos :
Q3 = 8718.72 pies3 x 4.12 x 2.36
Q3 = 84773.85 Btu/24 horas.
Q3 = 3532.24 Btu/h. Q3 = 1.03 Kj/s.
5.3. Carga térmica del Producto
Esta carga está constituida por el calor que debe ser eliminado del producto a refrigerar a
fin que la temperatura del mismo baje al nivel deseado.
Cantidad máxima del producto a conservar a 40000 Kg.
m = 88200 lb.
Temperatura del ingreso al espacio refrigerado, aproximadamente -7 C = 19.4 F
Temperatura de salida: -10 C = 14 F.
Calor específico del hielo: Cp=0.5 Kcal/Kg. C = 0.5 Btu/lb. F.
Q4 = m Cp. ∆T
Q4 = 88200 x 0.5 x (19.4-14) = 238140 Btu/24 h.
Q4 = 9922.5 Btu/h. Q4 = 2.907 Kj/s.
Análisis fabricación del hielo
17
5.4. Cargas varias
Esta carga está formada por el calor de los motores que funcionan dentro del espacio
refrigerado, por el alumbrado y por las personas que puedan entrar a la cámara d
almacenamiento.
Asumiendo que cuatro focos estaràn alumbrando la càmara.
- Calor por alumbrado ( QA) QA = Voltaje x 3.42 Btu/watt.h
QA = 4x (50 watts/foco) x 3.42 Btu/watt.h
QA = 684 Btu/ h. QA = 200 J/s
- Calor por Motores Electrices (QM) QM= Factor x hp
El factor se halla en Tabla 10-14; perdidas de Motores trabajando dentro del espacio
refrigerado; asumiendo 2 motores de ½ HP cada uno.
QM = (4250 Btu/hp -h) x 2 x (1/2 hp)
QM = 4250 Btu/h
- Calor por personas (Qp) Qp = factor x Nº personas
- El factor se halla en Tabla 10.15 consideramos 2 personas
Qp = 1050 x 2 Qp = 2100 Btu/h
Análisis fabricación del hielo
18
- Cargas Varias (Q5)
Q5 = QA + QM + Qp
Q5 = 684 + 4250 + 2100
Q5 = 7034 Btu/h Q5 = 2,060 Kw.
5.5 Capacidad de Refrigeración Requerida
- Carga Térmica Total
QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
QT = 7480,05 + 2455,73 + 3532,24 + 9922,5 + 7034
QT = 30424,52 Btu/h QT = 8,91 Kw.
- Aplicamos un factor de seguridad de: N = 10%; entonces:
QT = 30424,52 (1,10)
QT = 33467,0 Btu/h QT = 9,805 Kw.
Capacidad de refrigeración en (Ton) de refrigeración
- Suponiendo que el funcionamiento de la cámara es de 20 horas.
soperacione T.
horas 24QTCAP
Btu/h 4.40160
20
240.34673
CAP
CAP
CAP = 3.34 Ton. refr.
Análisis fabricación del hielo
19
VI. CICLO TERMODINÁMICO DE REFRIGERACIÓN
7.1) Condiciones de Condensación y Evaporación
7.1.1) Condiciones de Evaporación
Para una humedad relativa HR = 85%, le corresponde una DT = 16 ºF
Por lo tanto DE TABLAS OBTENEMOS :
nevaporacióTfrigeradoesapaciore
DT .cámara la de Temper.
donde T. Camara = 14ºF
entonces T. Evap. = 14 – 16 = -2 ºF
T. Evap. = -2 ºF = -18 ºC
para una T. Evap. = -2 ºF le corresponde
T. Evap. = 37.19 lb/plg2
7.1.2) Condiciones de Condensación
Tenemos la temperatura de condensación según ASHRAE HANDBOOK
(manual de refrigeración) para:
Ta = 25 ºC (77 ºF) tenemos DT = 11 ºC, entonces:
Tc = 25 ºC + 11 ºC = 36 ºC (97 ºF)
Tc = 36 ºC
Pcond = 204 lb/pulg2.
Análisis fabricación del hielo
20
7.2) Esquema del Ciclo Termodinámico
Diagrama P-H
P (psi)
Análisis fabricación del hielo
21
Esquema de Planta.
Consideremos el ciclo estándar de compresión de vapor con los datos hallados
anteriormente.
7.3) Cálculo de los puntos principales del Ciclo
Punto 1 T1 = -2 ºF (-18 ºC)
P1 = 37.19 psi (0.2563 MPa)
h1 = 58.320 Cal/Kg = 244.174 J/Kg
S1 = 0.2294 Cal/Kg ºK
v1 = 0.0864 m3/Kg
Punto 2 P2 = 204 psi (1.4063 MPa)
S2 = S1 = 0.2294 Cal/Kg ºK
Calculamos la calidad:
S2 = Sf3 + x (Sj3 – Sf3)
0.2294 = 0.0808 + x (0.2121 – 0.0808)
x = 1.131759
Luego:
h2 = hf3 + x (hg3 + hf3)
h2 = 22.177 + 1.1317 (62.754 – 22.177)
Análisis fabricación del hielo
22
h2 = 68.097 Cal/Kg = 285.10 J/Kg
Punto A (vapor saturado)
TA = 97 ºF (36 ºC)
PA = 204 psi (1.4063 Mpa)
hA= 62.754 Cal/Kg = 262.738 J/Kg
Punto 3 (liquido saturado)
P3 = 204 psi (1.4063 Mpa)
T3 = 97 ºF (36 ºC)
h3 = 22.177 Cal/Kg = 92.85 J/Kg
Punto 4
P4 = 37.19 psi (0.2563 Mpa)
T4 = -2 ºF (-18 ºC)
h4 = h3 = 22.177 Cal/Kg = 92.85 J/Kg
7.4) Efecto Refrigerante.
E.R. = h1 – h4 = 58.320 – 22.177 = 36.143 Cal/h
E.R. = 36.143 Cal/Kg = 151.32 J/Kg
7.5) Flujo Másico del Refrigerante.
Q = 9.805 Kj/s
ER
Qemo
; donde: Qe ------capacidad requerida de refrigeración
o
m ------flujo másico del refrigerante
ER------efecto refrigerante
sKgm
sKgKgKj
sKjm
o
o
/80.64
/80.64/15132.0
/805.9
7.6) Potencia de Compresión Teórico.
Nc = o
m We = o
m (h2 – h1)
Donde: Nc ----- potencia de compresor
Análisis fabricación del hielo
23
o
m ------ flujo másico
Wc ------ trabajo de compresor
Wc = h2 – h1 = 285.10 – 244.174 = 40.926 J/Kg
Nc =
Kg
J
s
Kg926.4080.64
Nc = 2652 J/s ó Nc = 3.604 hp
7.7) Calor Rechazado por el Condensador.
o
Q c = o
m (h2 – h3)(285.10 – 92.85) J/Kg
o
Q c = 64.8 Kg/s
o
Q c = 12.457 KJ/s
7.8) Coeficiente de Funcionamiento. (β)
KgJ
KgJ
Wcm
ERm
Nc
evapQo
oo
/926.40
/32.151
)(
)(
B = 3.697
7.9) Caudal Volumétrico Teórico.
o
V = o
m · v1 =64.8 Kg/s (0.0864 m3/Kg)
o
V = 5.5987 m3/s
VII. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
8.1) Selección del Compresor
8.1.1) Tipo.-
Análisis fabricación del hielo
24
En la planta de hielo “ El Delfín “ utilizan compresores reciprocantes marca
GRAM
8.1.2) Potencia de Compresión Real
Relacion de Compresión 48.519.37
204
.Pevap
.Pcand
htNv
NcNCR ; donde: Nv = Eficiencia Volumétrica
Nc = Potencia de Compresión Teorica
Para una relacion de compresión ε = 5.48 según la Fig. (12 - 4) Dossat, se
obtiene Nv = 65%
1.165.0
604.3CRN Ncr = 6.0 hp
8.1.3) Potencia de Accionamiento del Motor
Análisis fabricación del hielo
25
La potencia de accionamiento del motor del compresor para el requerimiento de
la potencia de compresión tiene que ser mayor:
CRNNacc
Se elige una Nacc = 7 hp.
8.1.4) Desplazamiento Volumétrico Real
)s
m5987.5(65.0VNvV3o
T
o
R
smV
o
R
3
640.3
8.2) Selección del Condensador
Elegimos un condensador enfriado por aire de tiro forzado con ventilador (para la
camara de almacenamiento).
8.2.1) Flujo de Calor en el Condensador.
s/Kj457.12cQo
Ha sido calculado anteriormente.
8.2.2) Calculo de Capacidad del Condensador.
De la grafica en la Fig. (6 - 4) de STOOKER, tenemos la relaciòn de eliminación
de calor en el condensador, considerando el calor añadido por ineficiencia en el
compresor. Para
T evap. = -18ºC y
T cond. = 36ºC; interpretando tenemos: R = 1.36
Entonces: C.cond. = C.evap. x R
C.cond. = 3.35 x 1.3625
C.cond = 3.56 ton.refr.
1 Ton = 50.4 cal/mm = 12000 Btu/hr.
Análisis fabricación del hielo
26
C.cond = 54720 Btu/h.
Segun la tabla R – 14ª, se obtiene, que la unidad tamaño 3 tiene una capacidad
de 48000 Btu/h lo que satisface las condiciones del diseño.
El numero de circuitos disponibles es (2)
(otra alternativa – ver selección de equipo con catalogo.)
8.3) Selección del Dispositivo de Expansión
8.3.1) Dispositivo de Expansion
Como la finalidad del dispositivo de expansion es el de reducir la presion del
liquido refrigerante y de regular el paso del refrigerante al evaporador; para
nuestro sistema de refrigeración utilizaremos una válvula de expansión
termostática por ser la mas empleada para sistemas de refrigeración de tamaño
medio.
El control no se hace por la temperatura del evaporador sino por el grado de
sobrecalentamiento del gas de admisión que sale del evaporador
La caida de presion, de la presion del condensador a la presion del evaporador
Es: P = Pcond – Pevap = (1.4063 – 0.2563) MPa.
P = 1.15 MPa
(Equipo a usar – ver selección de equipo con catalogo)
8.4) Selección del Evaporador
8.4.1) Tipo
Se utiliza un evaporador de Serpentin de Tubo aletado por conversión forzada
(ventilador) con el criterio de que ocupa menor espacio en comparación con el
evaporador por conversión natural y tambien porque las eletas incrementan el
proceso de transferencia de calor.
Análisis fabricación del hielo
27
8.4.2) Flujo de Calor
El flujo de calor que debe ser absorbido en el evaporador es de:
o
Q evap = o
m (h1 – h4) = 64.8s
Kg(244.174 – 92.85)
o
Q evap = 9.80 KJ/s
o
Q evap = 33440.755 Btu/h
por lo tanto seleccionaremos una unidad enfriadora (evaporador) modelo UC 204 (Tab. R-8
Dossat) con capacidad de 37200 Btu/hr que satisface el requerimiento de nuestra carga
total de enfriamiento.
8.4.3) Area de Transferencia de Calor
Según la tabla R – 8 (Dossat) le corresponde una superficie de
A = 755 pie2
Numero de circuitos = 2
Diámetro del tubo = ¾ pulg
Motor del ventilador = 1/6 HP
# revoluciones = 1140 r.p.m.
cantidad de aire = 4050 pie3/mm
tiro de aire = 27
VIII. SELECCIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS
9.1) Datos del Proyecto
Para realizar este proyecto se tiene los siguientes datos:
- Capacidad de refrigeración = 3.35 ton. refrig.
- Cantidad producto = 40000 Kg
- T evap. = -2 ºF (-18 ºC)
- P evap. = 37.19 lb/pulg2 (0.2563 Mpa)
- T cond. = 97 ºF (36 ºC)
- P cond. = 204 lb/pulg2 (1.4063 Mpa)
DUNHAN Bus – Inc.
Análisis fabricación del hielo
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Se va a utilizar tuberías de cobre, puesto que tiene la ventaja de ser de peso
ligero, mas resistente a la corrosion y mas fàcil de instalarse que los otros
materiales (hierro dulce y acero).
9.2) Selección y Dimensionamiento de la Tubería
La tubería de refrigeración debera ser diseñada de tal forma que cumpla con los
siguientes requisitos:
- Asegurar un suministro de refrigerante adecuado para el evaporador.
- Evitar la entrada de refrigerante liquido al compresor, etc.
9.2.1) Tubería de Admisión entre el Evaporador y el Compresor
Se necesita una alta eficiencia en el sistema, el diseño requiere que la tubería de
succion sea dimensionada de modo que la caida de presion que se tenga en la
tubería no cause una caida de temperatura de succion saturada, mayor a uno o
dos grados para el refrigerante R – 22.
Entonces teniendo en cuenta los datos del proyecto; seleccionamos:
Tubería de cobre de 1 3/8 pulg. De diámetro exterior que tiene una capacidad
de 3.35 ton. (Tab. 19 – 3 Dossat), basado en una temperatura condensante de
105 ºF y una perdida de presión en el tubo de succión equivalente a 2 ºF por 100
pies del tubo.
Longitud real equivalente de la tubería de succión:
Longitud del tubo = X pies
3 codos estándar 90º: 3 (2.952) = 8.856 pies
1 válvula esférica abierta = pies)X736.36(
pies88.27
De la tabla (19 – 3) Dossat corregimos el tonelaje para una temperatura
constante de 97 ºF es (1.045) hallado interpolando.
Tonelaje corregido = 3.35 x 1.045 = 3.5 ton.
De la tabla antes mencionada, para –2 ºF hay P= 1.555 lb/pulg2
(interpolado).
Análisis fabricación del hielo
29
De la gráfica en la parte inferior de la tabla (19 – 3) le corresponde una perdida
de temperatura equivalente (T) ºF = 2 ºF
8.1
tabla de Toneladas
reales Toneladas
50
equiv.real long.
Fº en
succion de tubo en
presión de Perdidas
8.1
5.3
35.3
50
X736.362
Long. Tubo = 71.467 pies
9.2.2) Tubería de Descarga entre el Compresor y el Condensador
De la tabla (19 - 2) Dossat para tubos de cobre de 1 ¼ pulg. De diámetro
exterior, le corresponde una capacidad de 4.56 Ton. (para –2 ºF Succi.) basados
en una caída total de presión del refrigerante por 100 pies de longitud
equivalente que corresponde a una caída de 2 ºF (1 ºC) en la temp. de
saturación de R -117
Lungitud real equivalente de la tubería de descarga
- Longitud del tubo = Y pies.
- 3 codos estándar 90º: 3(1.968) = 5.904 pies.
- 1 valvula esferica abierta = piesY
pies
)864.28(
96.22
de la parte inferior ubicamos el factor de correcciòn que es 0.923 (tab. 19 – 3)
Tonelaje corregido: 0.923 x 4.56 tonl. = 4.2 ton.
De la garfica en la parte inferior, con P = 6.1 lb/pulg2 (dato) encontramos
(T) ºF = 7.7 (interpolando)
8.1
2.4
35.3
50
4864.287.7
longitud del tubo = 549.5366 pies.
Análisis fabricación del hielo
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9.2.3) Tubería entre la Válvula de Expansion y el Evaporador
Esta tubería es tan corta en algunos casos se obvia, en esta instalaciòn asumimos que
la longitud es de ¼ metro tubería de cobre de ½ pulg. De diámetro exterior.
9.3) Accesorios del Sistema
A) Vàlvula de paso del refrigerante
Tiene por finalidad permitir aislar el compresor del resto del sistema, ademas cuenta con
manòmetro y termómetro ubicado entre la válvula de paso de la linea de succiòn y el
compresor, para indicar la condiciones de succiòn en que se encuentra trabajando el
compresor.
b) Preóstato de baja presión
Constituido de un fuelle metálico sobre el cual actua la presión del refrigerante y un
contacto eléctrico que se abre o cierra por un movimiento de palancas accionado por los
desplazamientos del fuelle metálico.
c) Filtro de succión
Protege las partes moviles del compresor de la suciedad de las incrustaciones que puedan
haber introducido en el sistema durante las operaciones de montaje o de reparación.
d) Válvula de paso
Cumple igual finalidad que la válvula de paso de la linea de succiòn.
e) Recibidor de líquido
Sirve para cumular el líquido refrigerante en los momentos en que la carga de
refrigeración sea baja y para recoger el refrigerante cuando sea necesario evacuar el
sistema para reparación.
f) Válvula de expansión termostática
Detiene la circulación del refrigerante, cuando el compresor se para, con el objeto de
evitar la excesiva inundación de los serpentines del evaporador, que puede ocasionar un
retorno del refrigerante líquido al compresor en el arranque. La válvula de solenoide esta
conectada eléctricamente al circuito de control de arranque del motor del compresor, de
Análisis fabricación del hielo
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modo que la válvula sea exitada para permanecer abierta cuando el compresor se
encuentra en operación normal.
X. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Para el diseño de la cámara de almacenamiento se llegó a las siguientes conclusiones:
a) La carga máxima a extraerse es de 3.35 ton. de refrigeración usando refrigerante
R717.
b) El ciclo de refrigeración tiene las siguientes caracteristicas:
T.evap = -18 C (-2 F)
T.cond = 36 C (97 F)
P.evap = 0.256 MPa.
P.cond = 1.406 Mpa.
c) El ciclo cumple con la condición de que la Presión deben ser mayores que la Presión
atmosférica, con esto se evita la entrada de aire al sistema.
d) La producción de hielo es un proceso muy diferente al de un sistema de
almacenamiento debido a que en la producción se controla rigurosamente las
propiedades de la salmuera.
Análisis fabricación del hielo
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XI. ESQUEMAS, FOTOS Y PLANOS
PLANOS DE COMPRESOR GRAM
Análisis fabricación del hielo
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Fotografias
Análisis fabricación del hielo
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XII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. ASHRAE STANDARD HANDBOOK 15-1992, Safety Code for Mechanical Refrigeration.
2. STOECKER, Wilbert F.; INDUSTRIAL REFRIGERATION HANDBOOK ,
3. STOECKER, Wilbert F.; REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO
4. http://www.atykajv.com/principal.htm