Desarrollo de Cálculo de carga térmica

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1. Cálculo de carga térmica

El calor que es necesario remover para refrigerar o congelar un alimento se puede calcular mediante consideraciones termodinámicas de tipo general. Este cálculo es esencial para dimensionar y especificar equipos de refrigeración.

La potencia frigorífica que deben proporcionar los compresores depende de lo que se denomina “Cálculo de cargas”, que consiste en efectuar, por cálculo numérico, una apreciación de la cantidad de calor que es necesario extraer de un recinto, para mantener las condiciones de conservación consideradas como idóneas.

La instalación frigorífica se debe dimensionar teniendo en consideración las ganancias de calor que tiene lugar en los servicios y factores actuantes en cada uno de los servicios. Estas ganancias se pueden producir por los siguientes conceptos:

1. Transmisión:

El calor que entra en la nave a través del aislamiento por conducción y convección se puede determinar por:

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Donde:

 = Calor por transmisión (kJ/día).[pic 9]

 = Superficie total de transmisión (m2).[pic 10]

 = Coeficiente de transmisión de calor (kW/m2 °C).[pic 11]

 = Diferencia de temperaturas (°C).[pic 12]

 = Número de horas en que está presente el efecto (habitualmente se toma 24 h/día).[pic 13]

Entonces:

• Cuando existe mayor superficie hay más pérdidas.
• Cuando hay un mejor aislamiento hay menos pérdidas.
• Cuando existe una mayor diferencia de temperatura hay más pérdidas.

1. Infiltraciones

Este calor se produce por entrada de aire caliente del exterior, al abrir las puertas.

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Donde:

Qi= Calor por infiltraciones (kJ/día)

V= Volumen de la cámara (m3)

50 o 100= Valor que depende de si la cámara no tiene un tráfico intenso sí lo tiene.

= Densidad del aire interior de la cámara (kg/m3)[pic 15]

= Diferencia de entalpía entre el aire interior y el exterior (kJ/kg).[pic 16]

1. Género

Hay una cantidad de calor que es necesario eliminar e los productor introducidos en el interior de la cámara, con el objeto de mantener las óptimas condiciones de conservabilidad deseadas. Dependerá de la cantidad de género introducido, del calor específico del producto y de la diferencia entre la temperatura de introducción y la de régimen del recinto.

1. La temperatura inicial y final del producto son superiores a la de congelación, con lo que el producto es enfriado a temperaturas cercanas a 0°C y el recito recibe el nombre de cámara de refrigerados.

El calor que es necesario extraer del género para enfriarlo es:

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Donde:

Qg= Calor para enfriar el género (kJ/día)

G= Entrada diaria de género al local (kg/día).

C= calor especifico del género por encima del punto de congelación (kJ/kg °C)

Te= temperatura de entrada del producto a la cámara, en (°C).

Tr= temperatura de funcionamiento de la cámara, que coincide generalmente con la temperatura final del producto, en °C

1. Temperatura inicial del producto inferior a la congelación, y la temperatura final es la correspondiente a una cámara de congelados, lo que representa generalmente temperaturas comprendidas entre -18°C y -25°C.

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Siendo aquí “c” el calor especifico por debajo de la temperatura de congelación.

1. Finalmente es que la temperatura inicial sea superior a la de congelación, y la temperatura final interior, con lo que el producto se congelará en el local. En este caso será necesario proceder primero al enfriamiento del genero hasta la temperatura de congelación, luego se congelará cediendo el calor latente y finalmente se subenfriará hasta la temperatura final de -18/-20°C siendo por tanto la ecuación.

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Donde:

Cl= Calor latente de congelación (kJ/kg).

Te= temperatura de entrada del producto al recinto (°C)

Tc= temperatura de congelación (°C)

Tf= temperatura final del producto una vez congelado (°C)

1. Embalajes

Calor que es necesario extraer de los embalajes. Se estima, aquí un 5% del valor calculado según el párrafo anterior, solo se aplica en general para la fruta y verdura.

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Si el producto entra en otro tipo de embalaje (por ejemplo, yogurt), en carretillas o mediante una cinta continua, también deberá considerarse la carga térmica correspondiente.

1. Calor de maduración

Además, es necesario calcular también el calor generado por los productos “vivos” que “respiran”, es decir, por los productos vegetables que, aun almacenados en cámara, tienen un proceso metabólico que permite la combinación del carbono constitutivo con el oxígeno del aire, en lo que se también se denomina “maduración”.

1. Personal

El personal que trabaje en el interior del almacén o lugar de refrigeración generara el siguiente calor:

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Qp= calor por personal (kJ/día)

Np= Número de personas promedio en el interior del local, durante una hora.

H= Número de horas de funcionamiento al día.

1. Maquinaria

Debe tenerse en cuenta todos los motores eléctricos que funcionan dentro del recinto de la cámara o máquina de refrigeración, en general sólo habrá los motores de los ventiladores.

El calor producido por la maquinaria es el siguiente:

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Donde:

Qm= Calor por maquinaria (kJ/día).

N= Número de motores existentes.

Pm= Potencia efectivamente transformada en energía térmica de la maquinaria (kW).

C= coeficiente de simultaneidad.

1. Codificación y clasificación de los fluidos frigorígenos actuales.

Las máquinas frigoríficas trabajan mediante ciclos termodinámicos de refrigeración que requieren un fluido de trabajo que recibe el nombre de fluido frigorífico, refrigerante o frigorígeno. Según la naturaleza del ciclo (compresión, absorción y ciclos de gas) se consideran más o menos aptas diferentes sustancias químicas. Los fluidos frigorígenos son aquellos que se utilizan solamente en los ciclos de compresión, absorción y gas. Los ciclos de compresión y de absorción, a pesar de ser muy diferentes, utilizan o pueden utilizar los mismos frigorígenos, con la salvedad de ser muchos más numerosos los utilizados en los ciclos de compresión.

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