UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
Facultad de Ciencias Agrarias Escuela de Agronomía
Diseño de una cámara de refrigeración para zanahoria (Daucus carota L.), betarraga (Beta vulgaris L.) y repollo
(Brassica oleracea L. var. capitata) adaptada a las condiciones de Coyhaique, en la XI Región
Eugenio Alejandro Saldías Becerra Valdivia Chile 2003
Tesis presentada como parte de los requisitos para optar al grado de Licenciado en Agronomía.
INSTITUTO DE INGENIERIA AGRARIA Y SUELOS Profesor Patrocinante:
Sr. Roberto Daroch P.
Ing. Agr., M.Sc.
Profesores Informantes:
Sr. Rogelio Moreno M.
Ing. Civ. Mec., M.Sc.
Sra. Aage Krarup H.
Ing. Agr., M.Sc., Ph. D.
I
INDICE DE MATERIAS
Capítulo Página
1 INTRODUCCION 1
2 REVISION BIBLIOGRAFICA 3
2.1 Consideraciones en el almacenaje de productos hortícolas
frescos 3
2.2 Principios de refrigeración 5
2.3 Refrigerantes 7
2.4 Edificación frigorífica 8
2.5 Maquinaria frigorífica 11
2.5.1 Unidad condensadora 11
2.5.1.1 Compresor 11
2.5.1.2 Condensador o licuefactor 12
2.5.1.3 Tanque receptor de líquido 13
2.5.2 Evaporador 13
2.5.3 Válvulas para control de flujo refrigerante 15
2.5.4 Automatismos del sistema 18
2.5.5 Aparatos anexos al circuito 20
2.6 Recomendaciones en el diseño de tuberías de fluido
refrigerante 22
2.6.1 Dimensionamiento de la tubería de succión 23 2.6.2 Dimensionamiento de la tubería de líquido 23
2.7 Ciclo de bombeo en vacío 24
II
Capítulo Página
3 MATERIAL Y METODO 25
3.1 Descripción del mercado comprador 25
3.2 Estudio técnico 25
3.2.1 Capacidad de la cámara de refrigeración 25
3.2.2 Condiciones ambientales de diseño 25
3.2.3 Dimensionamiento de la cámara de refrigeración 27
3.2.4 Especificaciones constructivas 29
3.2.5 Cálculo de cargas térmicas 29
3.2.5.1 Cálculo de carga por superficies 29
3.2.5.2 Cálculo del calor sensible del producto y embalaje 31 3.2.5.3 Cálculo de cargas por calor de respiración 32 3.2.5.4 Cálculo de cargas por cambios de aire 32 3.2.5.5 Cálculo de cargas por iluminación 33 3.2.5.6 Análisis de las cargas térmicas calculadas 34 3.2.6 Análisis comparativo de refrigerantes 35
3.2.7 Elección de la unidad condensadora 38
3.2.8 Selección de unidades enfriadoras 38
3.2.9 Elección de válvula de expansión 39
3.2.10 Dimensionamiento de tuberías para refrigerante 39 3.2.11 Selección de dispositivos automáticos 42
3.2.12 Aparatos anexos al circuito 42
3.2.13 Esquema fluídico 42
3.3 Costos asociados a la cámara de refrigeración diseñada 42
3.3.1 Costos de inversión 43
3.3.2 Costos por consumo de energía eléctrica 43
4 PRESENTACION Y DISCUSION DE RESULTADOS 46
4.1 Descripción del mercado comprador 46
III
Capítulo Página
4.2 Estudio técnico 47
4.2.1 Capacidad de la cámara de refrigeración 47
4.2.2 Condiciones de diseño 48
4.2.3 Dimensionamiento de la cámara de refrigeración 50
4.2.4 Especificaciones constructivas 55
4.2.5 Cálculo de cargas térmicas de la cámara de refrigeración 58 4.2.5.1 Cálculo de carga térmica por superficies 58 4.2.5.2 Cálculo de carga térmica del producto y embalaje 61 4.2.5.3 Cálculo de carga térmica por calor de respiración 65 4.2.5.4 Cálculo de carga térmica por cambios de aire 67 4.2.5.5 Cálculo de carga térmica por iluminación 68 4.2.5.6 Análisis de carga térmica total en la cámara 68
4.2.6 Elección del refrigerante 74
4.2.7 Elección de la unidad condensadora 77
4.2.7.1 Equipamiento anexo a la unidad condensadora 78
4.2.8 Elección del evaporador 78
4.2.9 Elección de la válvula de expansión 81 4.2.10 Dimensionamiento de las tuberías de fluido refrigerante 82 4.2.10.1 Dimensionamiento de la tubería de succión 82 4.2.10.2 Dimensionamiento de la tubería de líquido 85
4.2.11 Automatismos del sistema 89
4.2.12 Aparatos anexos al circuito 89
4.2.13 Esquema fluídico de la instalación 90 4.3 Costos relacionados a la instalación frigorífica diseñada 91
4.3.1 Costos de inversión 92
4.3.2 Costos por consumo de energía eléctrica 92
5 CONCLUSIONES 95
IV
Capítulo Página
6 RESUMEN 97
SUMMARY 98
BIBLIOGRAFIA 99
ANEXOS 102
V
INDICE DE CUADROS
Cuadro Página
1 Cantidades aproximadas mensuales requeridas por los
supermercados 46
2 Cálculo de número de bins totales que ingresan en la
cámara a diseñar 48
3 Condiciones atmosféricas exteriores de diseño para el sector 49 4 Condiciones térmicas de los productos al ingresar a la
cámara 49
5 Condiciones térmicas del embalaje según época de ingreso
a la cámara de refrigeración 49
6 Análisis de número de bins, volumen y superficie expuesta
según el tipo distribución realizada 50 7 Detalle de medidas de espaciamiento y medidas para la
distribución elegida según dimensiones de los bins 52 8 Dimensiones interiores de la cámara y área total expuesta
según ubicación del pasillo 53
9 Cálculo del coeficiente total de transmisión de calor y resistencia térmica para materiales de muros y techo 59 10 Cálculo del coeficiente total de transmisión de calor y
resistencia térmica para piso 60
11 Cálculo del coeficiente total de transmisión de calor y
resistencia térmica de la puerta 60
12 Área y coeficiente de trasmisión de calor calculados, y ∆T
corregida para cada mes, según el tipo de superficie 62
VI
Cuadro Página
13 Ganancia térmica de las distintas superficies que componen la cámara de refrigeración y ganancia térmica total para
cada mes 62
14 Cálculo del número de bins con productos que ingresan a la
cámara diariamente durante el periodo de cosecha 63 15 Cálculo para la capacidad total de producto que ingresa a la
cámara, según aproximación al entero en el número de bins 63 16 Cálculo del calor sensible que debe ser retirado diariamente
de los productos y embalaje 64
17 Calor de respiración de los distintos productos para cada
mes 66
18 Condiciones de entalpía y densidad del aire exterior para
cada mes y condiciones para el aire al interior de la cámara 67 19 Cálculo de carga térmica por cambios de aire para cada mes 68 20 Cargas térmicas diarias durante el periodo de cosecha por
calor sensible (productos y embalaje), calor de respiración y
cálculo de acumulación de calor por respiración 70 21 Calor diario total que debe ser removido de la cámara 71 22 Distribución mensual de la cargas térmicas diarias durante
los meses de almacenaje 72
23 Cargas térmicas diarias según mes de almacenaje y correcciones según factor de seguridad y tiempo de
funcionamiento 73
24 Cargas térmicas horarias mínimas durantes los meses de
mayos a agosto 74
25 Cálculo del calor sensible requerido para disminuir la temperatura del refrigerante líquido desde la temperatura de
condensación a la temperatura de evaporación 75
VII
Cuadro Página
26 Cálculos de efecto refrigerante, flujo de masa y volumen de
vapor de los refrigerantes en estudio 75 27 Trabajo teórico del evaporador, compresor y capacidad
teórica del condensador por kg de refrigerante circulado 76 28 Capacidades teóricas requeridas para evaporador,
compresor y condensador, expresadas en kcal/h 76 29 Cálculo de la potencia corregida según condiciones de
funcionamiento del evaporador 79
30 Número de accesorios requeridos en la línea de succión 83 31 Capacidad corregida para cada tramo y diámetros
requeridos para la línea de succión 84
32 Largo equivalente de los accesorios incluidos en cada tramo 84 33 Largo total de la tubería y caída de presión expresada en
aumento de temperatura (°K) por tramo 85 34 Accesorios requeridos en cada tramo de la tubería 86 35 Capacidad corregida para cada tramo y diámetros
requeridos para la línea de succión 87
36 Largo equivalente de los accesorios incluidos en cada tramo 87 37 Largo total equivalente a tubo liso recto para el diámetro
seleccionado 88
38 Costos de inversión en edificación 92
39 Costos de inversión en maquinaria frigorífica 92 40 Cálculo de horas de funcionamiento máximo anual 93 41 Cálculo del costo anual por funcionamiento de motores 93 42 Cálculo del costo total anual por consumo de energía
eléctrica 93
VIII
INDICE DE FIGURAS
Figura Página
1 Esquema del fundamento del ciclo mecánico de
refrigeración 6
2 Esquema de válvula de expansión termostática
compensada internamente 17
3 Esquema de válvula de expansión termostática
compensada externamente 18
4 Vista en planta de dimensiones interiores de la cámara y
distribución de bins 54
5 Vista en elevación y dimensiones de la cámara 54 6 Detalle de unión machihembrada entre paneles 56 7 Detalle de unión panel-piso y panel-muro o panel-cielo 56 8 Detalle del sistema de sujeción del cielo 57 9 Detalle de galpón exterior para cámaras de refrigeración
elaborada con paneles prefabricados 58 10 Distribución de la cámara de refrigeración según ubicación
de las unidades enfriadoras 81
11 Vista isométrica de la tubería de succión 83 12 Vista isométrica de la línea de líquido 86 13 Esquema fluídico de la instalación frigorífica 91
