2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE

(1)

(2)

(3)

PROYECTO FIN DE CARRERA ÍNDICE:

ÍNDICE:

ÍNDICE: ... 1

1. OBJETIVOS DEL PROYECTO ... 7

2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE ... 8

2.1. INTRODUCCIÓN ... 8

2.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ... 8

2.3. RUTA ... 9

2.4. EXTENSIÓN ZONAS DE RESPONSABILIDAD ... 10

3. DIMENSIONAMIENTO Y DESCRIPCION DE LAS CAMARAS ... 11

3.1. DIMENSIONAMIENTO DE LAS CÁMARAS ... 11

3.2. DESCRIPCIÓN DE LAS CÁMARAS ... 12

4. CALCULO DE LOS AISLAMIENTOS ... 14

4.1. INTRODUCCION ... 14

4.2. CÁLCULO DEL ESPESOR DE LOS PANELES AISLANTES PARA CADA CÁMARA ... 14

4.3. CÁLCULO DE PANELES AISLANTES ... 15

4.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR ... 22

5. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS DE LA INSTALACIÓN (BALANCE TÉRMICO) ... 27

5.2. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN (Q1) ... 28

5.3. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR REFRIGERACIÓN O CONGELACIÓN (Q2) ... 33

5.4. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDO A LAS NECESIDADES DE CONSERVACIÓN (Q3) ... 36

5.5 CÁLCULOS DE LACARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR RENOVACIÓN DE AIRE (Q₄) ... 37

5.7. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR VENTILADORES (Q5) ... 42

5.8. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR CIRCULACIÓN DE OPERARIOS EN LAS CÁMARAS (Q6) ... 43

5.9. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LA ILUMINACIÓN EN LAS CÁMARAS (Q₇) ... 44

5.10. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR PÉRDIDAS DIVERSAS (Q8) ... 44

5.11. CÁLCULO DE LA POTENCIA FRIGORÍFICA TOTAL DE LA PLANTA ... 47

6. SELECCIÓN DE LOS PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN ... 50

6.1. EVAPORADORES ... 50

6.2. COMPRESOR ... 53

6.3. CONDENSADOR ... 54

6.4. VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA ... 56

(4)

7. SELECCIÓN DE ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL ... 62

7.1. SEPARADOR DE ACEITE ... 62

7.2. FILTRO DESHIDRATADOR ... 62

7.3. VISORES DE LÍQUIDO ... 63

7.4. MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA PRESIÓN ... 63

7.5. PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE ... 63

7.6. PRESOSTATOS DE ALTA Y BAJA ... 64

7.7. VÁLVULAS DE RETENCIÓN ... 64

7.8. VÁLVULAS DE SEGURIDAD ... 64

7.9. VÁLVULA SOLENOIDE ... 65

7.10. TERMÓMETROS ... 65

7.11. VÁLVULAS DE MANUALES DE CIERRE ... 65

7.12. TERMOSTATOS DE AMBIENTE ... 65

7.13. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL DE AGUA DE CONDENSACIÓN66 7.14. VÁLVULAS REGULADORAS DE LA PRESIÓN DE EVAPORACIÓN ... 66

7.15. VÁLVULA REGULADORA DE LA PRESIÓN DE ASPIRACIÓN ... 66

7.16. RECIPIENTE DE LÍQUIDO ... 66

8. DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERÍAS DE LA INSTALACIÓN Y DE LA BOMBA DE AGUA ... 68

8.1. CÁLCULO DE LA BOMBA DE AGUA DE CONDENSACIÓN ... 68

8.1.1. Introducción ... 68

8.1.2. Cálculo de la línea de agua de condensación ... 69

8.1.3. Selección de la bomba ... 71

8.2. CARACTERÍSTICAS, CÁLCULO Y DETERMINACIÓN DE LAS TUBERÍAS .... 71

8.2.1. Características de las tuberías ... 71

8.2.3. Cálculo y determinación del diámetro de las diferentes tuberías ... 73

8.2.3.1. Línea de líquido ... 73

8.2.3.2. Línea de aspiración ... 74

8.2.3.3. Línea de descarga ... 75

9. PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN ... 76

9.2. AISLAMIENTOS Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LAS CÁMARAS ... 76

9.3. ELEMENTOS DEL EQUIPO PRINCIPAL ... 77

9.4. ELEMENTOS AUXILIARES Y DE CONTROL ... 78

9.5. VARIOS ... 79

9.6. MANO DE OBRA ... 80

9.7. INGENIERÍA ... 80

9.8. PRESUPUESTO TOTAL... 80

CONCLUSIONES ... 81

BIBLIOGRAFÍA ... 82

(5)

ANEXO A ... 83

CAPÍTULO 1: ... 84

EL FRÍO ... 84

1.1. REFRIGERACIÓN ... 84

1.2. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO ... 84

CAPÍTULO 2: ... 88

TEORÍA DE LA REFRIGERACIÓN ... 88

2.1. SISTEMA DE UNIDADES. MAGNITUDES FÍSICAS ... 88

2.1.1. Sistema Internacional ... 88

2.2. SISTEMA DE COMPRESIÓN ... 95

2.3. SISTEMAS DE ABSORCIÓN: ... 96

2.4. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL CIRCUITO DE COMPRESIÓN ... 97

2.4.1 Funcionamiento automático de la planta. ... 99

2.5. DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS ... 100

2.5.1 Diagrama entrópico (T-S) ... 100

2.5.2 Diagrama Entálpico (P-H) ... 105

2.6. EL CICLO FRIGORÍFICO REAL. MODIFICACIONES EN EL CICLO ... 107

2.6.1. Funcionamiento en régimen húmedo ... 107

2.6.2. Funcionamiento en régimen recalentado ... 107

2.6.3. Funcionamiento en régimen con subenfriamiento... 107

CAPÍTULO 3: ... 108

ALMACENAJE DE PRODUCTOS: REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN ... 108

3.1. REFRIGERACIÓN DE LOS ALIMENTOS ... 108

3.2. CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO ... 108

3.3. DEFINICIÓN DE ALIMENTOS ULTRACONGELADOS, CONGELADOS, Y HELADOS ... 109

3.4. LA CONGELACIÓN ... 110

3.5. EFECTOS DE LA CONGELACIÓN EN LAS PROPIEDADES NUTRICIONALES DE LOS ALIMENTOS ... 111

3.6. VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO DE LOS PRODUCTOS ... 112

3.7. TIEMPO DE CONGELACIÓN ... 112

CAPÍTULO 4: ... 114

REFRIGERANTES ... 114

4.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS REFRIGERANTES ... 115

4.2.1. Características físicas ... 115

4.2.1.1. Presión de vapor ... 115

4.2.1.2. Relación de compresión... 116

4.2.1.3. Calor latente de vaporización ... 116

4.2.1.4. Calor específico del refrigerante ... 116

4.2.2. Características termodinámicas ... 116

4.2.3. Características químicas ... 116

4.2.4. Características de seguridad ... 117

4.3. CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES ... 117

4.4. ECONOMÍA ... 122

(6)

4.5. RELACIONES REFRIGERANTE-ACEITE ... 123

CAPÍTULO 5: ... 125

ELEMENTOS PRINCIPALES ... 125

5.1. EL COMPRESOR ... 125

5.1.2. Tipos de compresores ... 126

5.1.3. Descripción y principio de funcionamiento... 128

5.1.3.1. Compresores alternativos ordinarios ... 128

5.1.3.2. Compresores alternativos especiales ... 131

5.1.3.3. Compresores electromagnéticos ... 132

5.1.3.4. Compresores rotativos ... 132

5.1.3.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento positivo ... 135

5.1.4. Regulación de potencia en compresores alternativos ... 139

5.1.5. Selección del compresor ... 139

5.2. EL EVAPORADOR ... 140

5.2.1. Definición y función ... 140

5.2.2. Características que debe reunir un evaporador ... 141

5.2.3. Clasificación de los evaporadores ... 142

5.2.3.4. Evaporadores enfriadores de líquido ... 143

5.2.3.5. Evaporadores enfriadores de gas ... 145

5.3. CONDENSADORES ... 148

5.3.1. Definición ... 148

5.3.1.2. Clasificación de los condensadores ... 148

5.4. LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN ... 151

5.4.2. Válvulas en la instalación frigorífica. Tipos y funciones ... 152

5.4.2.1. Válvulas de expansión manuales ... 152

5.4.2.2. Válvulas de expansión automáticas ... 153

5.4.2.3. Válvula de expansión termostática ... 155

5.4.2.4. Tubo capilar ... 158

CAPÍTULO 6: ... 160

AISLAMIENTOS ... 160

6.2. FENÓMENO DEL CAMBIO DE CALOR ... 160

6.3. MATERIALES AISLANTES. ... 162

6.4. ESPESOR DEL AISLAMIENTO ... 165

6.5. BARRERA O PANTALLA ANTIVAPOR ... 166

6.6. POLIURETANO ... 167

6.6.1. Origen y obtención ... 167

6.6.2. La espuma rígida de poliuretano ... 168

6.6.3. Propiedades ... 168

6.6.3.1. Introducción ... 168

6.6.3.2. Estructura celular ... 168

6.6.3.3. Densidad ... 169

6.6.3.4. Conductividad térmica ... 169

6.6.3.5. Absorción de agua ... 169

(7)

6.6.3.6. Resistencia a la transmisión de vapor de agua ... 170

6.6.3.7. Comportamiento al fuego ... 171

6.6.3.8. Estabilidad/Resistencia ... 171

6.6.3.9. Comportamiento térmico ... 171

6.6.4. Paneles tipo “Sándwich” de poliuretano inyectado ... 172

6.6.4.1. La gran capacidad aislante del panel de poliuretano ... 173

CAPÍTULO 7: ... 175

ESCARCHE, DESESCARCHE Y TUBERIAS ... 175

7.1. ESCARCHA ... 175

7.1.1. Formación de escarcha ... 175

7.1.2. Consecuencia de la escarcha... 175

7.2. Desescarche ... 176

7.2.1. Procedimiento de desescarche ... 176

7.2.2. Desescarche eléctrico ... 177

7.3. Tuberías ... 178

7.3.1. Tuberías de refrigerante ... 178

7.3.2 Características de las tuberías de refrigeración: ... 179

CAPÍTULO 8: ... 180

ELEMENTOS ADICIONALES DE LAS CÁMARAS ... 180

8.1. PUERTAS ... 180

8.2. ROPA PARA EL TRABAJAR DENTRO DE LA CÁMARA ... 181

8.3. VÁLVULAS DEPRESORAS DE PRESIÓN ... 182

8.4. ELEMENTOS DE SEGURIDAD: ALARMAS Y HACHA ... 183

CAPÍTULO 9: ... 184

ELEMENTOS ACCESORIOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE LA INSTALACIÓN ... 184

9.2. SEPARADOR DE ACEITE ... 184

9.3. RECIPIENTE DE LÍQUIDO ... 185

9.4. PURGADORES DE GASES INCONDENSABLES ... 185

9.5. FILTRO DESHIDRATADOR ... 185

9.6. VISORES DE LÍQUIDO ... 186

9.7. FILTRO DE PARTÍCULAS ... 187

9.8. REGULADOR DE PRESIÓN DE EVAPORACIÓN ... 187

9.9. REGULADOR DE PRESIÓN DE ASPIRACIÓN ... 187

9.10. PRESOSTATO COMBINADO DE ALTA Y BAJA PRESIÓN ... 187

9.11. PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE ... 188

9.12. VÁLVULA SOLENOIDE ... 188

9.13. VÁLVULA DE RETENCIÓN ... 189

9.14. VÁLVULAS DE SEGURIDAD ... 190

9.15. MANÓMETROS DE ALTA Y BAJA ... 191

9.16. VÁLVULAS MANUALES DE CIERRE ... 192

9.17. TERMÓMETROS ... 193

9.18. TERMOSTATO DE AMBIENTE ... 193

9.19. VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL DE AGUA DE CONDENSACIÓN . 194 9.20. BOMBA DE AGUA DE CIRCULACIÓN ... 194

(8)

PROYECTO FIN DE CARRERA

CAPÍTULO 10: ... 195

CONSTRUCCIÓN DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS ... 195

10.1. NOCIONES GENERALES ... 195

10.2. CÁMARAS ... 196

CAPÍTULO 11: ... 197

MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA... 197

11.2. Mantenimiento Preventivo ... 197

ANEXO B ... 200

ANEXO C ... 208

PLANOS ... 244

(9)

PROYECTO FIN DE CARRERA 1. OBJETIVOS DEL PROYECTO

1. OBJETIVOS DEL PROYECTO

En los distintos tipos de buques que pasan largas temporadas en alta mar, es lógico pensar que el abastecimiento de alimentos es limitado. Por lo tanto, para que éstos se mantengan frescos durante los periodos de navegación, será necesario disponer a bordo de una gambuza o cámara frigorífica para la óptima conservación de los mismos.

En este proyecto procederemos a ejecutar el diseño, cálculo y desarrollo de una cámara frigorífica de un BUQUE OCEANOGRÁFICO de 58 metros de eslora.

Los puntos fundamentales en los que se basa el desarrollo del proyecto son los siguientes:

- Definición del buque en el que basamos el estudio.

- Introducción teórica al frío.

- Descripción de los elementos que componen una cámara frigorífica.

- Diseño de la cámara, así como definición y verificación de los equipos que la forman.

- Aplicación de la reglamentación a cumplir sobre la conservación de alimentos.

Ilustración 1.1.

(10)

PROYECTO FIN DE CARRERA 2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE

2. DESCRIPCIÓN DEL BUQUE

2.1. INTRODUCCIÓN

El buque elegido para la realización de este proyecto es un buque oceanográfico de 1090 Tns de desplazamiento.

Fue construido para ejecutar misiones hidrográficas y oceanográficas para la obtención de la cartografía náutica nacional, conocimiento de nuestro mar territorial, así como su fondo y subsuelo marino. Está dotado de un sistema de posicionamiento que asegura un error menor de un metro.

El Posicionamiento Global Diferencial (DGPS). La profundidad es medida mediante sondadores de distinta gama de alcances (EA600, DESO25, Sonar de Barrido Lateral).

2.2. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

En cámara de máquinas hay instalados dos motores propulsores diesel de 2080 BHP, acoplados a dos hélices de paso variable. Esto permite alcanzar una velocidad máxima de crucero de 12 nudos con autonomía de 4500 millas.

Otras características de interés:

- Eslora: 57.7 mts - Manga: 11.7 mts - Calado: 3.6 mts

- Velocidad máxima: 20 nudos - Dotación: 62 personas

- Dos botes hidrográficos

(11)

2.3. RUTA

La adquisición de datos en Hidrografía tiene peculiaridades que marcan diferencias esenciales entre la cartografía náutica y la terrestre.

Para obtener la más exacta representación de la TOPOGRAFÍA SUBMARINA, los hidrógrafos llevan a cabo de modo sistemático enormes cantidades de medidas de las coordenadas espaciales de puntos situados en la superficie del mar.

El medio en que se desenvuelve el oceanográfico impone severas limitaciones a su trabajo. La mar está en continuo movimiento, y en su superficie no existen puntos de referencia. Por otra parte, el agua no es penetrable por ondas electromagnéticas, lo que impide utilizar los sensores de que se dispone para obtener la topografía de la superficie terrestre: el ojo y la fotografía.

Esta es, quizás, la mayor dificultad con que tropieza la Hidrografía. El hidrógrafo renuncia a seleccionar, puntos notables en su conjunto, como es habitual en los levantamientos topográficos. Por el contrario, ha de hacerse una idea del conjunto, a través de medidas individuales: en suma, ha de hacer un muestreo, complementándolo por exploraciones en torno a puntos notables obtenidos en aquél o procedentes de informaciones de los navegantes.

Como antes se dijo, en la mar no existen puntos de referencia; en consecuencia, hay que obtener la posición geográfica a partir de puntos terrestres, que, obviamente, deben estar situados lo más próximos a la costa como sea posible.

A continuación y teniendo en cuenta todo lo dicho anteriormente, vemos las zonas más frecuentes de navegación del buque que estudiamos.

(12)

2.4. EXTENSIÓN ZONAS DE RESPONSABILIDAD

- COSTA MEDITERRÁNEA Y MAR BALEAR.

-ÁREAS:Z.E.E. 2.367.045 Km²

Desde litoral hasta veril de 200 mts. 38.811 Km² Desde litoral hasta veril de 500 mts. 21.556 Km²

-LONGITUDES: Línea de costa peninsular ... 1.445 Kms Línea de costa insular 622 Km

- GALICIA Y CANTÁBRICO.

-ÁREAS:Z.E.E. 544.065 Km²

-LONGITUDES: Línea de costa peninsular ... 1.750 Km

- GOLFO DE CÁDIZ.

-ÁREAS: Z.E.E. 18.554 Km²

-LONGITUDES: Línea de costa peninsular ... 386 Km

- ISLAS CANARIAS.

-ÁREAS: Z.E.E. 458.393 Km²

-LONGITUDES: Línea de costa peninsular ... 1.106 Km

TOTALES: Z.E.E. ... = 3.388.057 Km² Desde 0 mts. hasta 200 mts. ... = 100.138 Km² Desde 0 mts. hasta 500 mts. = 44.133 Km²

(13)

PROYECTO FIN DE CARRERA 3. DIMENSIONAMIENTO Y DESCRIPCION DE LAS CAMARAS

3. DIMENSIONAMIENTO Y DESCRIPCION DE LAS CAMARAS

3.1. DIMENSIONAMIENTO DE LAS CÁMARAS

Para el dimensionamiento de las cámaras debemos tener presente la cantidad de alimentos consumidos al día por persona.

Mostramos en las siguientes tablas, los valores estimados de consumo diario por persona.

Bebidas Variadas 660 ml.

Carne 150grs.

Pescado 130grs.

Congelados 340 grs.

Como podemos ver en el apartado 2.2. (Características Principales). La autonomía del buque es de 4500 millas, manteniendo una velocidad de crucero de 12 nudos. Podemos deducir que el tiempo máximo de navegación sin repostar en puerto es de 2 semanas aprox.

La dotación es de 62 personas, así pues obtenemos los siguientes resultados.

Bebidas Variadas 572.9Kg.

Carne 130.2 Kg.

Pescado 112.9 Kg.

Congelados 295.1 kg.

Las cámaras se dimensionarán según la Reglamentación Técnico Sanitaria sobre las condiciones generales de almacenamiento frigorífico de alimentos y productos alimentarios (RD 168/1985 6 de Febrero).

Tendremos en cuenta el espacio destinado a la estiba de la carga, en algunos casos puede suponer hasta un 30% del volumen total de la cámara.

(14)

Debido a las limitaciones que ofrece el local destinado a las cámaras frigoríficas, mostramos el volumen total que ocuparán:

Bebidas Variadas 7.5 m³

Congelados 13 m³

Pescado 10.6 m³

Carne 11.2 m³

Antecámara 14.5 m³

3.2. DESCRIPCIÓN DE LAS CÁMARAS

La altura bajo techo en las cámaras es de 2,5 metros. Se dispondrán válvulas de igualación de presión en todas las cámaras equipadas con evaporadores con desescarche. Las puertas serán de tipo bisagra. Se instalará un pulsador en cada cámara, a una altura de 400 mm. sobre suelo que permitirá a toda persona que se encuentre atrapada en el cuarto dar aviso de su presencia.

Este pulsador activará una alarma en la estación de alarma central AUT, y provocará el encendido de una lámpara de emergencia situada fuera de la cámara. Los elementos de visualización de temperatura se situarán encima de cada cámara. Se ubicara un hacha en el interior de cada cámara. La puerta de la antecámara será de tipo corredera, aislando la planta del exterior. La antecámara servirá para disminuir el choque térmico entre el interior de las cámaras y el exterior. La cámara frigorífica de bebidas variadas, se situará contigua a la cámara de congelados y antecámara, debido a la forma del local.

A continuación explicaremos la situación de las cámaras y locales o espacios que las rodean:

Cámara de congelados

El mamparo nº1 colinda con el forro exterior, en el mamparo nº 2 con la cámara de pescado, en el nº 3 con la antecámara y en el nº 4 con la cámara de bebidas y cámara de oficiales.

1

2

3 4 Congelados

(15)

Cámara de pescado

El mamparo nº 1 colinda con el forro exterior, en el nº 2 con la cámara de carne, el nº 3 con la antecámara y el mamparo nº 4 con la cámara de congelados.

Cámara de carne

El mamparo nº 1 colinda con el forro exterior, el nº 2 con el cuarto de maquinaria frigorífica, el mamparo nº 3 con el hueco de escalera y el mamparo nº 4 con la antecámara.

Antecámara

El mamparo nº 1 colinda con la cámara de pescado y congelados, el nº 2 con la cámara de carne, el nº 3 con la escalera o espacio exterior y el nº 4 con la cámara de bebidas.

Cámara de bebidas

El mamparo Nº 1 y 4 colindan con el pañol de víveres secos, el mamparo Nº 2 con la antecámara y el Nº 3 con la zona de paso.

Para más información, consultar el apartado de planos.

2 1

3 4 Pescado

1

2

3 4 Carne

1

2

3 4 Antecámara

2 1

3 4 Bebidas

(16)

PROYECTO FIN DE CARRERA 4. CALCULO DE LOS AISLAMIENTOS

4. CALCULO DE LOS AISLAMIENTOS

4.1. INTRODUCCION

Aislaremos los techos, mamparos y mamparos divisorios del interior de la planta frigorífica con paneles frigoríficos tipo “sandwich” de poliuterano inyectado para obtener el espesor adecuado y así mantener las temperaturas especificadas para cada cámara. La densidad de la espuma es de 40 Kg/m². La elección de este tipo de aislamiento, es debido a sus múltiples ventajas descritas en el capítulo teórico de aislamientos (ANEXO A).

Las puertas serán de acero inoxidable y serán aisladas por dentro con poliuterano inyectado. El montaje se realizará por medio de gomas elásticas para juntas, en el ajuste de estas.

Se utilizarán bisagras de cromo plateado y dispositivos de cierre y estanqueidad. La apertura de las puertas debe poder efectuarse de ambos lados.

4.2. CÁLCULO DEL ESPESOR DE LOS PANELES AISLANTES PARA CADA CÁMARA

Para la selección del espesor de los paneles frigoríficos de cada cámara, utilizaremos la expresión:

A continuación vemos con detalle los parámetros que componen la expresión:

E = es el espesor del núcleo aislante del panel expresado en metros

∆t = es la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de la cámara en º C E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

(17)

Q = es la máxima transmisión de calor permitida entre el exterior y el interior de la cámara en Kcal/h. Según criterios de la industria frigorífica, para cámaras con productos conservados a una temperatura próxima a los 0ºC el valor de Q estará comprendido entre 7 y 8 Kcal/h y para productos conservados alrededor de -20ºC será entre 6 y 9 Kcal/h. Para el cálculo en este caso de los valores consideramos 8 y 6 respectivamente

hi = coeficiente superficial de transmisión de calor interior expresado en Kcal/m² h ºC he = coeficiente superficial de transmisión de calor exterior expresado en Kcal/m² h ºC

λ = conductividad térmica del aislante en Kcal/m h ºC. Para nuestro caso en particular es de 0.02 Kcal/ m h ºC

4.3. CÁLCULO DE PANELES AISLANTES

Los valores de las resistencias térmicas superficiales expresadas en m² h ºC/Kcal serán extraídos de la siguiente tabla:

Fuente: “Aislamiento, cálculo y construcción de cámaras frigoríficas”

Posición del cerramiento

Sentido Flujo

SITUACIÓN DEL CERRAMIENTO

De separación con espacio abierto exterior ó local abierto

De separación con otro local desván ó cámara de aire

1/hi 1/he 1/hi+1/he 1/hi 1/he 1/hi+1/he Verticales ó con

pendiente sobre la horizontal > 60 º

→→→→ 0,13 0,07 0,20 0,13 0,13 0,26

Horizontales ó con pendiente sobre horizontal > 60 º

↑↑↑↑ 0,11 0,06 0,17 0,11 0,11 0,22

Horizontales

↓↓↓↓ 0,20 0,06 0,26 0,20 0,20 0,40

Consideraremos la temperatura del exterior de las cámaras frigoríficas en el caso más desfavorable. En nuestro caso utilizaremos un valor de 35 ºC.

(18)

Cámara de Congelados:

Paneles aislantes exteriores

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 1

E = [35-(-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m Espesor normalizado (mm) = 200

Mamparo Nº 4

Paneles aislantes interiores

E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

Mamparo Nº 2

El mamparo Nº 2 es contiguo a la cámara de pescado que está a la misma temperatura que la de congelados (-25º C). En este caso elegiremos el panel de menor espesor normalizado 60 mm.

Mamparo Nº 3

E = [3-(-25)/6 – ( 0.26)] 0.02 = 0.088 m Espesor normalizado (mm) = 100

(19)

Paneles aislantes techo

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Paneles aislantes suelo

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35-(-25)/6 – (0.17)] 0.02 = 0.197 Espesor normalizado (mm) = 200

Cámara de pescado:

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 1

E = [35-(-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m Espesor normalizado = 200

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 2 y 4

El mamparo Nº 2 y 4 colindan con la cámara de carne y congelados respectivamente.

La temperatura de estas es la misma que la pescado. Como en el caso anterior ( mamparo Nº 2 de cámara de congelados) elegimos el menor espesor normalizado, 60 mm.

(20)

Mamparo Nº 3

E = [3-(-25)/6 -0.26] 0.02 = 0.088 m Espesor normalizado (mm) = 100

El espesor utilizado para la cámara de pescado es el mismo que para la cámara de congelados 200 mm

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35 - (-25)/6 – 0.17] = 0.077 Espesor normalizado = 80

Cámara de carne:

Panales aislantes exteriores

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 1

E = [35 - (-25)/6 – (0.26)] 0.02 = 0.195 m Espesor normalizado = 200 mm

Mamparo Nº 2

E = [35 - (-25)/6 – (0.20)] = 0.196 m Espesor normalizado = 200 mm

(21)

Mamparo Nº 3

E = [35 - (-25)/6 – (0.20)] 0.02 = 0.196 m Espesor normalizado (mm) =200

E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

Mamparo Nº 4

El mamparo Nº 4 colinda con la cámara de pescado y antecámara. Podríamos utilizar un espesor normalizado de 60mm, puesto que la cámara de pescado esta a la misma temperatura, pero en este caso tendremos que calcularlo al estar junto a la antecámara.

E = [3 - (-25)/6 – 0.26] 0.02 = 0.088 Espesor normalizado (mm) = 100

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [35 - (-25)/6 – (0.26)] = 0.195 m

Espesor normlizado (mm) = 200

E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

E = [35 - (-25)/6 – (0.17)] 0.02 = 0.197m Espesor normalizado (mm) = 200

(22)

Antecámara:

E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

Mamparo Nº 3

E = [(35 – 3)/8 – (0.20)] 0.02 = 0.076 m Espesor normalizado (mm) = 80

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 1 y 2

E = [3 - (-25)/8 – (0.26)] 0.02 = 0.065 m Espesor normalizado (mm) = 80

Mamparo Nº 4

E = [(10-3)/8 -0.26) 0.02 = 0.082 Espesor normalizado (mm) = 100

E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

E = [(35-3)/8 – (0.26)] 0.02 = 0.075 Espesor normalizado (mm) = 80

(23)

E= [∆t/Q – (1/h_i + 1/h_e)] λ

E = [(35-3)/8 – (0.17)] 0.02 = 0.077 m Espesor normalizado (mm) = 80

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparos Nº 1, 3 y 4

E = [(35 – 10)/8 – 0.20] 0.02 = 0.058 m Espesor normalizado (mm) = 60

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

Mamparo Nº 2

E = [10 – (-25)/8 – 0.26] = 0.082 m Espesor normalizado (mm) = 100 Paneles aislantes techo

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [(35-10) /8 – 0.26] 0.26 = 0.057 m Espesor normalizado (mm) = 60

(24)

E= [∆t/Q – (1/hi + 1/he)] λ

E = [(35-10)/8 – 0.17] = 0.077 m Espesor normalizado (mm) = 80

4.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIÓN DE CALOR

La definición del coeficiente global de transmisión de calor es la cantidad de calor que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo, cuando se establece entre las caras paralelas del cerramiento una diferencia de temperatura de un grado.

Analizaremos este parámetro para cada uno de los paneles aislantes que componen nuestras cámaras frigoríficas. Una vez calculado nos será de gran utilidad para la determinación del balance térmico de la instalación.

Utilizaremos la siguiente expresión:

Despejamos el coeficiente K, con lo que obtendríamos:

El valor del espesor (E), lo calculamos en el apartado anterior. Utilizaremos el espesor normalizado para introducirlo en la fórmula.

1/K = 1/h_i + E/λ + 1/h_e

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

(25)

Mamparo Nº 1 K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)^-1 = 0.3 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)^-1 = 0.19 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.20 + 0.200/0.02)^-1 = 0.098 Kcal/h m² ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.17 + 0.200/0.02)^-1 = 0.098 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC

(26)

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)^-1 = 0.3 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)^-1 = 0.019 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)^-1 = 0.3 Kcal/h m² ºC

Techo

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.200 + 0.200/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC

Suelo

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.17 + 0.200/0.02)^-1 = 0.098 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 1

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.20 + 0.200/0.02)^-1 = 0.098 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

(27)

K = (0.20 + 0.200/0.02)^-1 = 0.098 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)^-1 = 0.19 Kcal/h m² ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.200/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC

Suelo

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.17 + 0.60/0.02)^-1 = 0.098 Kcal/h m² ºC

Antecámara

Mamparo Nº 1

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)^-1 = 0.23 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)^-1 = 0.23 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)^-1 = 0.23 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)^-1 = 0.19 Kcal/h m² ºC

(28)

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.80/0.02)^-1 = 0.23 Kcal/h m² ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.17 + 0.60/0.02)^-1 = 0.31 Kcal/h m² ºC

Cámara de bebidas Mamparo Nº 1

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.20 + 0.60/0.02)^-1 = 0.097 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 2

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.100/0.02)^-1 = 0.19 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 3

K = (1/h_i+ 1/h_e+ E/λ)^-1

K = (0.20 + 0.60/0.02)^-1 = 0.31 Kcal/h m² ºC

Mamparo Nº 4

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.20 + 0.60/0.02)^-1 = 0.31 Kcal/h m² ºC

Techo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.26 + 0.60/0.02)^-1 = 0.31 Kcal/h m² ºC

Suelo

K = (1/hi + 1/he + E/λ)^-1

K = (0.17 + 0.60/0.02)^-1 = 0.31 Kcal/h m² ºC

(29)

PROYECTO FIN DE CARRERA 5. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS DE LA INSTALACIÓN (BALANCE TÉRMICO)

5. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES FRIGORÍFICAS DE LA INSTALACIÓN (BALANCE TÉRMICO)

5.1. INTRODUCCIÓN

El punto de partida para el diseño de cámaras frigoríficas es evaluar sus necesidades o

“cargas” de refrigeración, para establecer cuál será el equipo más adecuado.

El cálculo de las necesidades frigoríficas de la instalación viene determinada por la suma de las necesidades frigoríficas para el enfriamiento de la mercancía (Q_p)más las aportaciones caloríficas exteriores (Q_e). Esta carga puede ser variable a lo largo del tiempo, por ello se suele hacer una estimación de las necesidades máximas.

A su vez tendremos en cuenta una serie de factores determinantes para el cálculo de las necesidades de la instalación:

- Transmisión de calor a través de los cerramientos - Entrada de aire exterior a la cámara

- Régimen de trabajo - Clima

- Tipo, cantidad y estado del producto a su entrada a la cámara - Temperatura del producto a su entrada en la cámara

- Calor específico antes y después de su congelación - Renovaciones de aire, tiempo de funcionamiento - Calor de respiración del producto

- Calor introducido por la apertura de puertas - Calor liberado por la entrada de personal

- Calor desprendido por los ventiladores del evaporador

(30)

5.2. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR TRANSMISIÓN (Q1)

Estas pérdidas son las pérdidas de calor producidas por transmisión a través de las paredes de la cámara. Es necesario conocer la diferencia de temperaturas entre el exterior e interior en cada pared, el tipo de material utilizado en la pared, su superficie y el tiempo (generalmente se toma como base un día, es decir, 24 horas). Así pues:

Q = Calor total que atraviesa la pared por unidad de tiempo, en W (Kcal/h).

K = Coeficiente global de transmisión de calor, función de los materiales utilizados en la pared en W/ m²K (Kcal/ h m²ºC).

S = Superficie de la pared en m².

∆T = Diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en ºC.

Para el cálculo de las necesidades frigoríficas, consideramos la temperatura en las condiciones más desfavorables según diseño, es decir, en nuestro caso 35 ºC.

Mamparo Nº 1 Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (2.5*1.73) (35 – (-25)) 24 = 604.12 Kcal/ Día

Q = 0.3 (2.5*3) (-25 – (-25)) 24 = 0 Kcal/ Día

Q = K*S*∆T*24 (Kcal/Día)

(31)

Q = 0.19 (2.5*1.73) (3 – (-25)) 24 = 552.22 Kcal/ Día

Q = 0.3 (2.5*3) (35 – (-25)) 24 = 3240 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.23 (1.73*3) (35 – (-25)) 24 = 1718.93 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (1.73*3) (35 – (-25)) 24 = 2316.82 Kcal/ Día

Σ Q1 CONGELADOS = 604.12 +0+552.22+3240+1718.93+2316.82 = 8432.09 Kcal/Día

Q = 0.097 (2.5*1.73) (35 – (-25)) 24 = 604.12 Kcal/ Día

Q = 0.3 (2.5*2.44) (-25 – (-25)) 24 = 0 Kcal/ Día

Q = 0.19 (2.5*1.73) (3 – (-25)) 24 = 552.22 Kcal/ Día

(32)

Q = 0.3 (2.5*2.44) (-25 – (-25)) 24 = 0 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (1.73*2.44) (35 – (-25)) 24 = 589.85 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.098 (1.73*2.44) (35 – (-25)) 24 = 595.94 Kcal/ Día

Σ Q_{1 PESCADOS} = 604.12 +0+552.22+0+589.5+595.94 = 2311.78 Kcal/Día

Q = 0.097 (2.5*1.42) (35 – (-25)) 24 = 495.86 Kcal/ Día

Q = 0.098 (2.5*3.16) (35 – (-25)) 24 = 1114.48 Kcal/ Día

Q = 0.098 (2.5*1.42) (35 – (-25)) 24 = 500.98 Kcal/ Día

Q = 0.19 (2.5*3.16) (3 – (-25)) 24 = 1008.67 Kcal/ Día

(33)

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.097 (1.42*3.16) (35 – (-25)) 24 = 626.77 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.098 (1.42*3.16) (35 – (-25)) 24 = 633.23 Kcal/ Día

Σ Q_{1 CARNE} = 495.86 + 1114.48 + 500.98 + 1008.67 + 626.77 + 633.23 = 4380 Kcal/Día

Antecámara

Q = 0.23 (2.5*3.46) (3 – (-25)) 24 = 1336.94 Kcal/ Día

Q = 0.23 (2.5*1.18) (3 – (-25)) 24 = 455.95 Kcal/ Día

Q = 0.24 (2.5*3.46) (35 – 3) 24 = 1594.37 Kcal/ Día

Q = 0.3 (2.5*1.18) (10 – 3) 24 = 148.68 Kcal/ Día

Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.23 (3.46*1.18) (35 – 3) 24 = 721.18 Kcal/ Día

(34)

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (3.46*1.18) (35 – 3) 24 = 972.03 Kcal/ Día

Σ Q1 ANTECÁMARA = 1336.94 + 455.95 + 1594.37 +148.68 + 721.18 +972.03 = 5229.15 Kcal/Día

Cámara de Bebidas

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Q = 0.19 (2.5*2) (10 – (-25) 24 = 798 Kcal/ Día

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Q = 0.31 (2.5*2) (35 – 10) 24 = 930 Kcal/ Día Techo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Suelo

Q = K*S*∆T*24

Q = 0.31 (2.5*1.5) (35 – 10) 24 = 697.5 Kcal/ Día

Σ Q_{1 BEBIDAS} = 697.5 + 798 + 697.5 + 930 + 697.5 + 697.5 = 4518 Kcal/Día

(35)

5.3. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR REFRIGERACIÓN O CONGELACIÓN (Q

2

)

Las necesidades frigoríficas por enfriamiento de la mercancía son, sin lugar a dudas, las mayores de todas las que intervienen dentro del cómputo global de la potencia frigorífica de la instalación.

Para el cálculo de estas pérdidas se sumarán la carga térmica del enfriamiento del producto (Q₂₁), la carga térmica debida a la congelación del producto (Q₂₂), y la carga térmica producida por el enfriamiento del producto tras la congelación hasta la temperatura de régimen (Q₂₃). Así pues, Q₂ se obtiene de la siguiente expresión:

Ahora estudiaremos detenidamente las cargas térmicas que forman la anterior expresión:

- M es la masa del genero en Kg/día

- C1 es el calor latente del producto sin congelar en Kcal/Kg ºC - ti es la temperatura inicial, ºC

- tf es la temperatura final o de régimen, ºC

- M es la masa del genero expresado en Kg/día

- C2 es el calor latente de congelación del producto en Kcal/Kg Q₂= Q₂₁+Q₂₂+Q₂₃

Q21 = M C1 (ti – tf)

Q22 = M C2

(36)

- M es la masa del genero expresado en Kg/día

- C3 es el calor específico del producto congelado en Kcal/Kg ºC - tc es la temperatura de congelación del producto, ºC

- tf es la temperatura final o de régimen, ºC

Para la realización de los cálculos serán necesarias unas tablas de referencia en las que se encuentran una serie de características fundamentales de cada tipo de producto. Estas tablas las podemos encontrar en el ANEXO B.

La temperatura régimen de conservación se alcanzará en un tiempo fijado de 24 horas, una vez se reciban los productos de tierra y sean introducidos en sus respectivas cámaras.

Cámara de Congelados

La temperatura con la que llegarán a la cámara los productos congelados será de -3ºC, dentro de la cámara alcanzaran una temperatura de -25ºC para que conserve todas sus propiedades y nutrientes.

M CONGELADOS = 295.12 Kg.

C3 = 0.45 Kcal/Kg ºC

Q2 CONGELADOS = M C3 (ti – tf) = 295.12 * 0.45 (-3 – (-25)) = 2921.69 Kcal/día

Cámara de Pescados

La masa total de pescados es de 112.84 Kg; el 70 % es congelado desde tierra en camiones frigoríficos, el 30 % que resta se encuentra fresco. La temperatura de recepción es de – 20ºC y la del pescado es de 12ºC.

Q23 = M C3 (tc – tf)

(37)

Según las tablas tenemos los siguientes valores medios:

C1 C2 C3 tcong ti Cong ti Fresc

0.82 Kcal/Kg ºC 58 Kcal/Kg 0.43 Kcal/Kg ºC -1.85 ºC -20 ºC 12 ºC

M _CONGELADO= 112.84 * 0.70 = 78.99 Kg.

Q2 CONGELADO = M C3 (ti – tf) = 78.99 * 0.43 (-20 – (-25))= 169.82 Kcal/día

M _FRESCO= 112.84 * 0.30 = 33.85 Kg.

Q2 FRESCO = M [C1*(ti – tfc) + C2 + C3 (tfc – tf)] = 33.85 [0.82 (12 – (-1.85)) + 58 + 0.43 (-1.85 – (-25)] = 2684.85 Kcal/día

Q_{2 PESCADO}= Q2 CONGELADO + Q_{2 FRESCO}= 169.82 + 2684.85 = 2854.85 Kcal/día

La masa total de carne es de 130.2 Kg.; de la cual el 70% proviene congelada desde tierra a través de camiones frigoríficos, y el de 30% restantes del género proviene fresco. La temperatura de recepción de la carne congelada es de -20 ºC y la de carne fresca es de 12 ºC.

Según las tablas, obtendremos los siguientes valore medios:

C₁ C₂ C₃ tcong t_iCong t_iFresc

0.71 Kcal/Kg ºC 50 Kcal/Kg 0.39 Kcal/Kg ºC -1.7 ºC -20 ºC 12 ºC

(38)

M CONGELADA = 130.2 * 0.70 = 91.14 Kg.

Q2CONGELADA = M C3 (ti – tf) = 91.14 * 0.39 * (-20 – (-25)) = 177.72 Kcal/día M FRESCA = 130.2 * 0.30 = 39.06 Kg.

Q2 FRESCA = M [C1*(ti – tfc) + C2 + C3 (tfc – tf)] = 39.06 [0.71 (12 – (-1.7)) + 50 + 0.39 (-1.7 – (-25)] = 2687.87 Kcal/día

Q2 CARNE = Q2 CONGELADA + Q2 FRESCA = 177.72 + 2687.87 = 2865.60 Kcal/día

Las bebidas llegarán a una temperatura de 25ºC, la temperatura final a la que se considera óptima para su conservación es de 10ºC.

M BEBIDAS = 572.88 Kg C1 = 0.90 Kcal/día

Q2 BEBIDAS = 572.88 * 0.90 (25 – 10) = 7733.78 Kcal/día

5.4. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDO A LAS NECESIDADES DE CONSERVACIÓN (Q3)

La continuidad de los fenómenos biológicos, característicos de las sustancias vivas, y en particular la respiración (caso de frutas y hortalizas), o de fermentaciones del producto conservado, se traducen en un desprendimiento de calor que deberá extraerse para garantizar la temperatura idónea de la cámara, en función del tipo de producto a conservar.

Las cantidades de calor producidas durante la conservación por fenómenos indicados anteriormente suelen ser pequeñas, por eso se expresan en Kcal/tn día y no en Kcal/Kg día.

(39)

El cálculo de Q3 se obtiene mediante la siguiente expresión:

- MT es la cantidad de producto almacenado en toneladas (Tn) - QR es el calor de respiración del producto en Kcal/Tn día

Para la realización del balance térmico de este proyecto no es necesario el cálculo de las pérdidas por conservación, ya que no disponemos de cámara de verduras. Las verduras que se consuman a bordo vendrán debidamente envasadas y congeladas para su recepción en la cámara de congelados.

5.5 CÁLCULOS DE LACARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR RENOVACIÓN DE AIRE (Q

4

)

La carga térmica a evacuar de un recinto frigorífico debida a la renovación de aire es una variable que se puede descomponer en la suma de otras dos:

a) Número de renovaciones técnicas, son aquellas renovaciones aconsejables para la óptima conservación del producto.

b) Número de renovaciones equivalentes, son aquellas que se producen por infiltraciones y vendrán definidas por el volumen interior de la cámara.

La cantidad de frigorías necesarias debido a la carga térmica por renovación de aire, dependerá de las condiciones del aire exterior y de las condiciones del aire interior a renovar (temperatura y humedad relativa). Así pues, en el cálculo de Q4, interviene la diferencia entálpica entre el aire exterior y el aire de la cámara, la densidad del aire y el número de renovaciones establecido.

Q3 = MT CR

Q4 = V Di δm N

(40)

Ahora veamos qué es cada valor por separado:

- V, es el volumen de la cámara en m³

- Di = (h1 – h2) es la diferencia entálpica entre el aire exterior y el aire de la cámara (Kcal/día).

- δ_m= 1/Ve es la densidad media del aire entre las condiciones interiores y exteriores en Kg/m³

- N es el número de renovaciones de aire por día.

Número de renovaciones diarias

Volumen interior de la Cámara (m³⁾ Cámaras negativas Cámaras por encima de 0ºC

2,5 52 70

3 47 63

4 40 53

5 35 47

7,5 28 38

10 24 32

15 19 26

20 16,5 22

25 14,5 19,5

30 13 17,5

40 11,5 15

50 10 13

60 9 12

80 7,7 10

100 6,8 9

La temperatura del exterior de las cámaras se considera de 20ºC, esta temperatura es debida al sistema de climatización del buque.

Consideraremos una humedad relativa para realizar los cálculos de un 55%.

(41)

Para determinar las entalpías del aire exterior e interior utilizaremos los Gráficos Psicométricos del aire a baja y alta temperatura, la encontraremos en el ANEXO B.

Para el cálculo de las necesidades por renovación de aire, es conveniente estudiar las cámaras por separado.

Volumen de la cámara de congelados = 13.01 m³ Q4CONGELADOS = V Di δm N

EXTERIOR CÁMARA CONGELADOS

20 -25 Temperatura (ºC)

55 80 Humedad relativa (%)

9.70 -1.54 Entalpía del aire (Kcal/Kg)

0.841 0.703 Volumen específico aire (m³/Kg)

0.7715 Volumen específico medio (m³/Kg)

19 Nº de renovaciones

Q4 CONGELADOS = 13.01 [9.70 – (-1.54)] (1 / 0.7715) 19 = 3601.32 Kcal/día

Cámara de Pescados

Volumen de cámara de pescado = 10.56 m³ Q₄_PESCADOS= V D_i δ_mN

(42)

EXTERIOR CÁMARA DE PESCADO

Q4 PESCADOS = 10.56 [9.70 – (-1.49)] (1 / 0.772) 24 = 4034.13 Kcal/día

Cámara de Carne

Volumen Cámara de Carne = 11.59 m³ Q4CARNE = V Di δm N

EXTERIOR CÁMARA DE CARNE

Q_{4 CARNE}= 11.59 [9.70 – (-1.54)] (1 / 0.7715) 24 = 3923.15 Kcal/día

(43)

Volumen Cámara de Bebidas = 7.5 m³ Q4BEBIDAS = V Di δm N

EXTERIOR CÁMARA DE BEBIDAS

9.70 6 Entalpía del aire (Kcal/Kg)

Q_{4 BEBIDAS}= 7.5 (9.70 – 6) (1 / 0.825) 38 = 1278.18 Kcal/día

Antecámara

Volumen antecámara = 14.48 m³ Q₄ANTECÁMARA = V D_i δ_mN

EXTERIOR ANTECÁMARA

20 +3 Temperatura (ºC)

9.70 7.2 Entalpía del aire (Kcal/Kg)

0.841 0.782 Volumen específico aire (m³/Kg) 0.811 Volumen específico medio (m³/Kg)

Q_{4 BEBIDAS}= 14.48 (9.70 – 7.2) (1 / 0.811) 26 = 1160.54 Kcal/día

(44)

5.7. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR VENTILADORES (Q

5

)

Debido a que tanto la potencia de los motores como el número de horas de funcionamiento de los mismos no son conocidos en principio, tampoco se podrá conocer el valor exacto de Q5. Por tanto, Q5 sólo podrá conocerse con exactitud una vez realizado el balance térmico y elegidos los equipos adecuados, por lo que en la práctica se opta por realizar una estimación de Q₅en función del volumen de la cámara. Puede suponerse en este caso, de forma práctica y bastante aproximada que el equivalente térmico del trabajo de los ventiladores representa del 5 al 8% de las necesidades del frío ya calculadas, (Q₁ + Q₂+ Q₃).

La expresión que utilizaremos para el cálculo del calor desprendido por los ventiladores de los evaporadores es:

Q5 CONGELADOS = 0.08 (Q1CONGELADOS + Q2 CONGELADOS + Q3 CONGELADOS) Q5 CONGELADOS = 0.08 (8432.09 + 2921.69 + 0) = 908.30 Kcal/día

Cámara de Pescado

Q5 PESCADOS = 0.08 (Q1PESCADOS + Q2 PESCADOS + Q3 PESCADOS) Q5 PESCADOS = 0.08 (2311.78 + 2854.68 + 0) = 413.12 Kcal/día

Q5 = 0.08 (Q1 + Q2 + Q3)

(45)

Cámara de Carne

Q5 CARNE = 0.08 (Q1CARNE + Q2 CARNE + Q3 CARNE)

Q5 CARNE = 0.08 (4380 + 2865.60 + 0) = 579.65 Kcal/día

Q5 BEBIDAS = 0.08 (Q1BEBIDAS + Q2 BEBIDAS + Q3 BEBIDAS) Q5 BEBIDAS = 0.08 (4518 + 7733.88 + 0) = 980.15 Kcal/día

Antecámara

Q5 ANTECÁMARA = 0.08 (Q₁ANTECÁMARA + Q2 ANTECÁMARA + Q3 ANTECÁMARA) Q5 ANTECÁMARA = 0.08 (5229.15 + 0 + 0) = 418.33 Kcal/día

5.8. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DEBIDAS AL CALOR DESPRENDIDO POR CIRCULACIÓN DE OPERARIOS EN LAS CÁMARAS (Q

₆

)

La cantidad de calor liberada por operario es variable en función de la temperatura de la cámara, del vestuario, de la actividad física realizada y del tiempo de permanencia en el recinto frigorífico.

El calor aportado por los operarios será:

Q₆ = N * CP * HP

(46)

N = número de personas

CP = Calor emitido por cada persona en una hora (KJ/h) ó (Kcal/h).

HP = Número de horas que cada persona permanece en el interior de la cámara recinto en el día.

De lo expuesto, se deduce la dificultad del cálculo. Basta pensar en el número de veces que será necesario entrar al día, peso de la persona que entra, etc. Por tanto, cuando se trate de cámaras frigoríficas en las que difícilmente podremos calcular con alguna precisión las horas que en ellas permanecen las personas, el valor de Q6 convendrá estimarlo considerándolo englobado en Q₈, pero cuando se trate de cámaras que son salas de trabajo donde se puede determinar con bastante precisión el número de trabajadores y el número de horas de trabajo, convendrá considerar su valor mediante la expresión de Q₆.

5.9. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LA ILUMINACIÓN EN LAS CÁMARAS (Q

7

)

Éstas dependen del valor lumínico proyectado en el recinto frigorífico y del tiempo de utilización. Generalmente el nivel lumínico será bajo, entre 20 y 80 lux, por lo que la potencia instalada será del orden de entre 5-15 W/m²dependiendo del tipo de luz utilizada, el período de utilización es también corto, ya que sólo deberá estar conectada durante períodos en que se realicen trabajos en su interior, normalmente este tiempo se estima entre 0,5 y 5 h/día. En este caso el valor de Q7 aparecerá englobado en Q8.

5.10. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEBIDA A LAS NECESIDADES POR PÉRDIDAS DIVERSAS (Q

8

)

Se incluyen bajo este apartado una serie de cargas térmicas diversas, de difícil cálculo hasta tanto no se realice la elección de los equipos que componen la instalación. En la práctica, se realiza una estimación de las mismas, obteniendo un resultado aceptable: