UNIVERSIDAD DE ORIENTENUCLEO DE ANZOTEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE MECNICA

ASIGNATURA:

REFRIGERACIN

Ejemplo Clculo Carga de Enfriamiento de una Cmara Frigorfica

Calcular las cargas trmicas que se producen en una cmara destinada a la conservacin de carne de vaca fresca, con las siguientes premisas de funcionamiento:

Temperatura de almacenaje: 32 - 34 F (Tabla 14.7) Humedad relativa del producto: 88-92 %(Tabla 14.7) Tiempo aproximado de almacenaje: 1- 6 semanas (Tabla 14.7) Relacin Peso m2 del producto: 350 Kg/ m2 Temperatura ambiente: 90F Humedad relativa: 50 % Temperatura del piso: 55F Uso: Mayorista Dimensiones: Largo 41 pies x Ancho 26 pies x Alto 10 pies Espesor aislante Poliuretano Expandido para techo y paredes: 3 Pulg. Calor especfico por arriba del punto de congelacin: 0,70 - 0,84 Btu/Lb/ F (Tabla 14.7) Iluminacin: 6 bombillos incandescentes de 100 vatios c/u que permanecen encendidos un promedio de 12 horas diarias. Equipos: 3 motores ventiladores dentro de la cmara de hp c/u

Hiptesis de clculo:

Tiempo de funcionamiento18 h/da Condiciones de usoTrfico intenso Presencia de personal10 h/da Nmero de personas2 Techo pintado de gris y expuesto al sol

Resultados del clculo:

Ganancia por transmisin de calor a travs de las paredes, techo y piso.

rea de paredes = 2 (26x10) + 2 (41x10) = 1340 pies2rea de techo = 41x26 = 1066 pies2rea de piso = 41x26 = 1066 pies2

En la Tabla 14.1, para un espesor de 3 de Poliestireno Expandido, cuya Conductividad trmica K = 0.25 y para un T = (90 32) 0F = 58 0F, se toma un valor de 116 Btu/hr/ pies2 por 24 hr para las paredes.

La ganancia trmica por transmisin de calor a travs de las paredes:

Q paredes= 116 Btu/pies2 por 24 hr x 1340 pies2 = 155.440 Btu por 24 hr.

La ganancia trmica por transmisin de calor a travs del techo:

Como el techo de la cmara frigorfica est expuesto al sol y est pintado de color gris, se debe corregir mediante la Tabla 14.3 el diferencial de temperatura. La diferencia actual de temperatura entre el exterior y la cmara es de 60 0F y segn la Tabla 14.3 se debe agregar 150F. Por consiguiente, la diferencia corregida de temperatura es: 60 0F + 15 0F = 75 0F.Luego en la Tabla 14.1, para un espesor de 3 de Poliestireno Expandido, cuya Conductividad trmica K = 0.25 y para un T = 75 0F, se toma un valor de 150 Btu/hr/ pies2 por 24 hr para el techo.

Q techo= 150 Btu/pies2 por 24 hr x 1066 pies2 = 159.900 Btu por 24 hr.

La ganancia trmica por transmisin de calor a travs del piso:

En la Tabla 14.1, para un espesor de 3 de Poliestireno Expandido, cuya Conductividad trmica K = 0.25 y para un T = (55 32) 0F = 23 0F, se toma un valor interpolando de 46 Btu/hr/ pies2 por 24 hr para el piso.

Q piso= 46 Btu/pies2 por 24 hr x 1066 pies2 = 49.036 Btu por 24 hr.

Ganancia total por transmisin de calor a travs de paredes, techo y piso:

QTRANSMISIN= 155.440 + 159.900 + 49.036 = 364.376 Btu por 24 hr.

Clculo del calor por infiltracin de aire :

De acuerdo a la Tabla 14.5, interpolando hay 4,77 cambios/24 hr para cuartos de almacenamiento a temperaturas mayores de 32 0F y para un volumen de almacenamiento de 10.660 pies3.Volumen (pies3)/24 hr = 4,77 cambios/24 hr x 10.660 pies3 = 50.848 pies3/24 hr.Mediante la Tabla 14.6 extrapolando se observa que se eliminan 2,19 Btu/pies3 al enfriar cada pies3 de aire desde las condiciones exteriores hasta las del cuarto de almacenamiento.

Por consiguiente la carga de infiltracin es:

Q INFILTRACIN = 2,19 Btu/pies3 x 50.848 pies3/24 hr = 111.357 Btu/24 hr

Clculo de la carga de enfriamiento del producto :

El calor sensible por arriba del punto de congelacin se determina mediante la expresin:

QPRODUCTO = m x c1 x Tc1.

Como el peso total con el cual se cargara la cmara por primera vez es de 35.000 Kg (350 Kg/m2 x 100 m2 que es el rea de la cmara)m = 35.000 kg = 77.093 Lb.Tabla 14.7 c1 = 0,70 Btu/lb/ 0F, T Pto Congelacin Carne= 28 0F

QPRODUCTO = 77.093 lb x 0,70 Btu/lb/ 0F x (90 32) 0F = 3.129.976 Btu/24 hr. Clculo de la carga por ocupantes, iluminacin y motores

Los valores del calor corporal generado por ocupante, dentro de la cmara de refrigeracin a 32 0F aparecen en la Tabla 14.9 y se obtiene interpolando un valor de 928 Btu/ h/ pers

QPERSONAS = 2 Personas x 10 h/da x 928 Btu/ h/ pers = 18.560 Btu/24 hr.

El equivalente trmico de la energa elctrica de las luces es:

QILUMINACIN = 6 Bombillos x 100 W c/u x 12 h/da x 3,4 Btu/h = 24.400 Btu/24 hr.

El equivalente trmico del caballaje del motor de hp es de 5.300 Btu/hp/h tomado de la Tabla 14.10, para los motores ventiladores situados dentro del espacio refrigerado.

Q EQUIPOS= 3 Motores x hp c/u x 18 h/da x 5.300 Btu/hp/h = 143.100 Btu/24 hr.

Resumen de carga trmicas

Transmisin:364.376 Btu/24h Infiltracin:111.357 Btu/24h Producto: 3.129.976 Btu/24h Iluminacin:24.400 Btu/24h Personal:18.560 Btu/24h Equipos:143.100 Btu/24h Suma total de cargas trmicas3.791.769 Btu/24h Observacin: Generalmente a la carga trmica calculada se incrementa en un 10 %, para permitir posibles diferencias entre el criterio de diseo y el funcionamiento real.

Carga Diaria Total: 3.791.769 Btu x 1,1 = 4.170.946 Btu

Seleccin del equipo de refrigeracin:

La carga diaria de refrigeracin (en 24 hr) se utiliza como la base sobre la cual seleccionar al equipo de refrigeracin para una aplicacin particular. Sin embargo, la capacidad horaria requerida de refrigeracin no ser igual a 1/24 de la carga diaria, sino que es mayor. Esto se debe a tres factores:

El tiempo de operacin del compresor. La carga y tiempo de operacin del ventilador del evaporador. La posible carga de descongelacin.

Para cmaras a menos de 35 0F, generalmente se seleccionan de 18 a 20 horas como el tiempo de operacin del compresor. De esta manera se aumenta la carga horaria real sobre el equipo y la misma se calcula como se indica a continuacin:

Carga horaria = Carga diaria Tiempo de operacin (h)

Carga horaria = 4.170.946 Btu = 231.719 Btu/h 18 h

Potencia frigorfica necesaria = 231.719 Btu/h Como 1 hp = 2.545 Btu/h

Potencia frigorfica necesaria = 91 hp