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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO “TESIS CURRICULAR” CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN PARA UN ESPACIO QUE SERVIRÁ PARA REFRIGERAR LECHE, LOCALIZADO EN TLALNEPANTLA EDO. DE MÉXICO QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO P R E S E N T A ISLAS MEDINA ARIANA ASESOR: ING. LÓPEZ MALDONADO AGUSTÍN MEXICO, D.F. FEBRERO 2009 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Capitulo 1: GENERALIDADES 1.1 Breve historia de la refrigeración. ………………………………………………………...3 1.2 Tipos de refrigeración. …………………………………………………………………….5 1.2.1 Refrigeración doméstica……………………………………………………………….6 1.2.2 Refrigeración comercial……………………………………………………………….6 1.2.3 Refrigeración industrial………………………………………………………………..6 1.2.4 Refrigeración marina…………………………………………………………………..6 1.3 Sistemas de refrigeración. …………………………………………………………………6 1.3.1 Sistema de enfriamiento………………………………………………………………...7 1.3.2 Sistema de refrigeración………………………………………………………………...7 1.3.3 Sistema de congelación………………………………………………………………….7 1.3.4 Sistema criogénico………………………………………………………………………7 1.4 Sistemas de refrigeración mecánico por compresión de vapores………………………...8 1.4.1 Sistemas de refrigeración directo………………………………………………………..9 1.4.2 Sistemas de refrigeración indirecta…………………………………………………….10 1.4.3 Diagrama Presión-Entalpía (diagrama de Mollier)…………………………………….10 1.4.4 Ciclo básico del sistema de refrigeración (aplicación, operación, esquemas)…………11 1.5 Conceptos básicos. ………………………………………………………………………...14 1.5.1 Termodinámica………………………………………………………………………..14 1.5.2 Principio 0 de la termodinámica………………………………………………………14 1.5.3 Primer principio de la termodinámica………………………………………………...14 1.5.4 Segundo principio de la termodinámica………………………………………………15 1.5.4 Energía………………………………………………………………………………...15 1.5.6 Fuerza………………………………………………………………………………...15 1.5.7 Presión…………………………………………………………………………………16 1.5.8 Presión atmosférica……………………………………………………………………16 1.5.9 Presión manométrica………………………………………………………………….16 1.5.10 Presión absoluta………………………………………………………………………16 1.5.11 Estado de la materia…………………………………………………………………..17 1.5.12 Proceso termodinámico………………………………………………………………17 1.5.13 Ciclo termodinámico…………………………………………………………………17 1.5.14 Calor…………………………………………………………………………………17 1 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.5.15 Calor específico………………………………………………………………………17 1.5.16 Cálculo de la cantidad de calor………………………………………………………18 1.5.17 Transferencia de calor.....………………………...…………………………………...18 1.5.18 Conducción……………………………………………………………………………18 1.5.19 Convección……………………………………………………………………………19 1.5.20 Radiación……………………………………………………………………………..19 1.5.21 Calor sensible………………………………………………………………………...19 1.5.22 Calor latente…………………………………………………………………………..19 1.5.23 Calor total…………………………………………………………………………… 20 1.5.24 Calor latente de fusión………………………………………………………………. 20 1.5.25 Calor de evaporación…………………………………………………………………20 1.5.26 Calor de sublimación…………………………………………………………………20 1.5.27 Entalpía……………………………………….……………………………………...21 1.5.28 Entropía………………………………………………………………………………21 1.5.29 Volumen……………………………………………………………………………..21 1.5.30 Volumen específico…………………………………………………………………..21 1.5.31 Temperatura…………………………………………………………………………..22 1.5.32 Punto de ebullición…………………………………………………………………...22 1.5.33 Refrigerante………………………………………………………………………… 22 1.5.34 Sobrecalentamiento…………………………………………………………………..23 1.5.35 Subenfriamiento……………………………………………………………………...23 1.5.36 Tonelada de refrigeración…………………………………………………………….23 Capitulo 2: ANALISIS ENERGETICO. 2.1 Análisis del proyecto.........................................................................................................24 2.2 Condiciones de diseño.......................................................................................................24 2.3 Características del producto...............................................................................................25 2.4 Condiciones de almacenamiento........................................................................................27 2.5 Volumen de almacenamiento.............................................................................................28 2.6 Dimensiones del espacio por refrigerar..............................................................................28 2.7 Materiales de construcción.................................................................................................29 2.8 Calculo de la carga térmica.................................................................................................29 2.8.1 Definición de balance térmico.....................................................................................29 2.8.1.1 Carga térmica generada por producto....................................................................29 Calor sensible...........................................................................................30 Calor latente..............................................................................................31 2.8.1.2 Carga térmica generada por transmisión a través de paredes...............................32 • Conductancia de la capa superficial de aire (película de aire).........................33 • Calculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta de varios materiales.......................................................................34 • Coeficiente de conductividad térmica.............................................................35 2.8.1.3 Calculo de la carga térmica generada por alumbramiento y equipo.....................35 2 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.8.1.4 Calculo de la carga térmica generada por infiltración..........................................36 Método por apertura de puertas (para refrigeración)...................................36 Método por apertura de puertas (para aire acondicionado).........................37 2.8.1.5 Calculo de la carga térmica generada por ocupantes..........................................37 2.8.1.6 Calculo de la carga térmica generada por el efecto solar...................................38 2.8.1.7 Calculo de la carga térmica total........................................................................38 2.8.2 Método de cálculo....................................................................................................39 2.8.2.1 Cantidad de calor generado por producto..........................................................39 2.8.2.2 Cantidad de calor generado por transmisión a través de paredes.....................40 2.8.2.3 Cantidad de calor generado por alumbramiento y equipo.................................47 2.8.2.4 Cantidad de calor generado por infiltración......................................................48 2.8.2.5 Cantidad de calor generado por ocupantes........................................................50 2.8.2.6 Cantidad de calor generado por efecto solar......................................................51 2.8.2.7 Evaluación de la carga térmica..........................................................................52 3 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. PROLOGO En el presente trabajo se menciona la importancia que tiene para el hombre, contar con sistemas de refrigeración lo más eficiente posible, para la conservación de productos alimenticios en nuestro caso leche. En el primer Capítulo trata, de los conceptos básicos, se hace mención de una breve historia de la refrigeración. El segundo capitulo se realizan los cálculos para cuantificar la carga térmica que se genera para el espacio por refrigerar. En el tercer Capítulo se da una breve explicación de la selección y el cálculo de los equipos, para comprender mejor el funcionamiento de los sistemas de refrigeración y del diagrama de Mollier que es de gran importancia y ayuda en el diseño de estos sistemas. Y por último se finaliza con un Programa de Mantenimiento que se le debe de dar a los equipos para su correcto funcionamiento y que cumplan con su vida útil. 1 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. INTRODUCCIÓN Se considera que la refrigeración es parte de la vida diaria de las naciones y es esencial para el funcionamiento eficiente de la industria. Su uso para la preservación de alimentos y control de procesos industriales sea vuelto una parte indispensable de nuestra tecnología. Se entiende por refrigeración como cualquier proceso de eliminación de calor. Más específicamente, se define a la refrigeración como la rama de la ciencia que trata con los procesos de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a temperatura inferior con respecto de los alrededores correspondiente. Por lo tanto, el termino refrigeración implica en términos generales el concepto de eliminar calor a un sólido, líquido, gas, etc. Sin embargo este termino será aplicado al efectuar procesos de enfriamiento a temperaturas cercanas o por debajo 0ºC (32ºF). Y esto se logra debido a que el calor eliminado del producto refrigerado es transferido a un fluido que esta a menor temperatura que el producto a refrigerar. Hoy en día una de las aplicaciones de mayor importancia de la refrigeración es la industria alimenticia ya que más de tres cuartos de los alimentos utilizados se producen, empacan, embarcan, almacenan y conservan mediante la refrigeración. Millones de toneladas de alimentos a nivel mundial se guardan en almacenes, recintos y plantas empacadoras y de procesamiento todos ellos conservados por medio de la refrigeración. Un ejemplo claro de estos es la conservación de los lácteos ya que éstos una vez elaborados deben de entrar a una cámara de refrigeración, y después distribuirlos en algún transporte refrigerado para que se conserven en el estado optimo hasta ser distribuidos al consumidor final. 2 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CAPITULO 1. GENERALIDADES. 1.1 Breve historia de la refrigeración. La historia de la refrigeración data de épocas tan remotas como los registros históricos. El hombre de las cavernas de la edad de piedra, supo lo que era el hielo, pero no tenía idea sobre el uso del mismo para preservar los alimentos. Miles de años después, las civilizaciones antiguas utilizaban la refrigeración en forma natural. Los emperadores romanos hacían que los esclavos transportaran el hielo y la nieve desde las montañas, con el fin de utilizarlos para preservar alimentos y disponer de bebidas frías en la estación cálida. Pero estas fuentes naturales de refrigeración eran limitadas, si se piensa en su ubicación, temperatura y la distancia que se podían transportar. Alrededor de 1850 se empezaros a desarrollar los medios para producir refrigeración utilizando maquinaria, a los que se les dio el nombre de refrigeración mecánica. Actualmente, la industria de la refrigeración constituye un sector vasto y esencial de cualquier sociedad tecnológica, con ventas anuales que ascienden a miles de millones de pesos. Sucesos importantes: 1755 William Cullen obtuvo una pequeña cantidad de hielo por evaporación de agua en vacío, Gran Bretaña. 1824 Richard Trevitik escribe la tesis “la producción del frío artificial”, Sadi Carnot escribe sus reflexiones sobre el motivo del poder calorífico. 1830 Notas encontradas de Sadi Carnot sobre la equivalencia de trabajo y calor por su hermano, después de su muerte y que no fueron publicadas sino hasta el año de 1878. 1834 Jacov Parkinson (Londres) inventó la máquina compresora para refrigeración que utilizaba como fluido de trabajo éter etílico. 1842 Transportan de manera informal pescado, mantequilla y productos avícolas en vagones con hielo natural. 1844 John Gorrie usó su máquina de ciclo de aire para enfriar cuartos en el hospital de Apalachicola, Florida. 1859 F. Carré manufactura hielo mediante compresores de éter. 1862-1863 Manufactura comercial de hielo en Francia y E.U. usando la máquina de absorción de Carré. 1866 En E.U. se transporta por primera vez fresas mezcladas con hielo (Parker Earle).En Francia Edmon Carré diseña el primer equipo de refrigeración comercial usando vapor de agua en vacio (con ácido sulfúrico licuado) 1868 Vagones de refrigeración utilizan hielo mezclado con sal, patentado por D.W. Davis en Detroit, E. U. 1873 David Boyle, desarrolla el primer compresor para refrigeración que tiene como fluido de trabajo el amoniaco. 1878 Primera morgue refrigerada. 1898 Críoconcentración de soluciones farmacéuticas, por fracciones congeladas y separación centrífuga. 1901 Primer tren refrigerador ruso (planta de Linde), segundo en 1908 (planta de Humboldt) 1911 Carrier realiza su diagrama de aire húmedo para el cálculo de instalaciones de aire acondicionado 1935 Paul Becwerel (Francia) en asociación con el laboratorio de criología de Leyden, experimentan con temperaturas de refrigeración muy bajas en ciertos organismos vivientes. 3 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1950 Estudios concentrados en la criopreservación de esperma humano. En 1953, 300 bebes americanos nacieron de esperma congelado. 1954 Se intentaron congelar córneas. En 1963 un transplante exitoso hecho por F. O. Mueller (Gran Bretaña) utilizando una córnea congelada. Para obtener lo anterior, debió retirarse calor del cuerpo que se refrigeraba, transfiriéndolo a otro cuerpo cuya temperatura se encuentre debajo de la del refrigerado. En los orígenes de la refrigeración mecánica, el equipo disponible era voluminoso, de alto costo y baja eficiencia. Era también de tal naturaleza, que limitaba la atención de un mecánico o ingeniero de operación en servicio continuo. Esto limitaba el uso de la refrigeración mecánica a unas cuantas aplicaciones de gran tamaño, por ejemplo: plantas de hielo, plantas empacadoras y grandes almacenes. En el espacio de una cuantas décadas, la refrigeración se ha desarrollado hasta convertirse en la gran industria que es a la fecha. Este crecimiento se produjo mediante el desarrollo de métodos de precisión en la manufactura que dieron como resultado equipos más potentes y eficientes. Lo anterior fue complementado con el desarrollo de refrigerantes “seguros” y la introducción del motor eléctrico de potencia fraccional, haciendo posible la creación de pequeñas unidades de refrigeración utilizadas en refrigeradores y congeladores domésticos, pequeños acondicionadores de aire y aparatos comerciales. Aunado a las aplicaciones comúnmente conocidas como el acondicionamiento de aire, congelación, conservación, transportación y exhibición de productos del ramo alimenticio, la refrigeración mecánica se utiliza actualmente en la manufactura de casi todos los artículos que se encuentran actualmente en el mercado. En general se define a la refrigeración como todo proceso de remoción de calor. Más específicamente, se define a la refrigeración como aquella rama de la ciencia que trata con el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio material, debajo de la temperatura circundante. Es obvio que las aplicaciones de la refrigeración mecánica son numerosas como para dar una explicación detallada de cada una de ellas, pero una ventaja de apreciarse es que los métodos de cálculo, diseño y selección de equipos son prácticamente los mismos, considerando solo caracteres especiales de cada una de las diferentes aplicaciones 4 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.2 Tipos de refrigeración. En la actualidad existen cinco tipos de refrigeración, los cuales son: Domestica. Comercial. Industrial. Aire acondicionado. Marina. En la siguiente figura se puede observar algunas aplicaciones del campo de la refrigeración y sus usos principales. Figura 1.2(a) Aplicaciones y usos principales de la refrigeración. 5 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.2.1 Refrigeración doméstica. El campo de la refrigeración domestica esta limitado principalmente a refrigeradores y congeladores caseros. Las unidades domesticas generalmente son de tamaños pequeños teniéndose capacidades de potencia 1 que fluctúan entre /20 y ½ HP. 1.2.2 Refrigeración comercial. La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de refrigeración del tipo que se tienen en establecimientos comerciales para su venta al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición, procesamiento y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todos tipos. 1.2.3 Refrigeración industrial. La refrigeración industrial a menudo es confundida con la comercial por que la división entre estas dos áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más grandes en tamañazo que las aplicaciones comerciales, y la característica que las distingue es que se requiere un empleado para su servicio, que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas empacadoras de alimentos, cervecerías, lecherías, y plantas industriales, tales como refinerías de petróleo, plantas químicas, plantas huleras, etc. 1.2.4 Refrigeración marina. La refrigeración marina se refiere a la realizada a bordo de embarcaciones de transporte y cargamento, sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco. 1.2.5 Refrigeración para aire acondicionado. El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones físicas y químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas para su comodidad o bien para realizar procesos industriales. El acondicionamiento del aire es el proceso que enfría, limpia y circula el aire, controlando, además, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultánea. Como enfriar significa eliminar calor, otro termino utilizado para decir refrigeración, el aire acondicionado, obviamente este tema incluye a la refrigeración. 1.3 Sistemas de Refrigeración. La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un producto, hasta llegar a un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son: Enfriamiento. Refrigeración. Congelación. Proceso Criogénico. 6 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.3.1 Enfriamiento. Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde +15°C a 2°C (56°F a 35.6°F). Aún cuando en algunos casos existe una disminución de temperaturas hasta los 0°C (32°F), en este proceso nunca se presenta cambio de estado en la sustancia que se maneja solamente se elimina calor sensible. Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que no requieren conservación y la temperatura en que se encuentran son solo para efectos de gusto. Como ejemplo tenemos: Enfriadores de bebidas carbonatadas. Enfriadores de productos lácteos. Sistemas de Aire Acondicionado. 1.3.2 Refrigeración. Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente inferiores de los 0°C a 18°C (32°F a -0.4°F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y por lo tanto se elimina calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de productos llevando acabo procedimientos adecuados, se pueden mantener estos productos de 2 semanas hasta 1 mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domesticas, comerciales y de investigación. 1.3.3 Congelación. Este proceso opera entre -18°C a -40°C (-0.4°F a -40°F) y en este proceso también existe cambio de estado en la sustancia y también por lo tanto se elimina calor latente. No obstante en algunos casos solo se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva congelada la carne en la transportación. Su principal utilidad es el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de conservación va desde 1 mes hasta 1 año, dependiendo del producto y que procedimientos se empleen. 1.3.4 Proceso Criogénico. Es un proceso que opera desde -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero absoluto. Esto implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta líquido o contiene agua para enfriarlo posteriormente. Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica o condición muy crítica. 7 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.4 Sistema de refrigeración mecánico por compresión de vapores. Los sistemas de refrigeración mecánicos por compresión de vapores consisten básicamente de los equipos indispensables para obtener un ciclo termodinámico cerrado. A continuación en la figura 1.4 se muestran los procesos termodinámicos de evaporación, compresión y expansión. Figura 1.4 Ciclo mecánico por compresión de vapores. 1.4.1 Elementos Fundamentales del Sistema de Refrigeración Mecánica. 1. Válvula de expansión. Este es un dispositivo que dosifica y controla automáticamente el flujo del refrigerante en la línea del líquido al evaporador. Esta válvula recibe el refrigerante líquido a alta presión y suministra líquido refrigerante a baja presión. 2. Evaporador. Es un serpentín cuya forma depende del tipo de enfriamiento deseado, ya que en su interior circula el refrigerante, el cual mediante la absorción del calor del medio que lo rodea se transforma del estado líquido al estado de vapor. 8 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3. Compresor. Puede ser del tipo reciprocante, centrífugo o rotatorio, el cual tiene por objeto elevar la temperatura del gas refrigerante a un valor tal que su punto de condensación sea superior a la temperatura de los medios disponibles para que se realice la condensación. 4. Condensador. Es un serpentín destinado a transformar el vapor refrigerante de alta presión, que proporciona el compresor, mediante el contacto con aire o agua del medio ambiente, en líquido refrigerante de alta presión. 5. Tanque recibidor. Almacena el líquido refrigerante que sale del condensador para tenerlo disponible para el ciclo. 6.- Filtro. Filtra las partículas y absorbe la humedad, ya que esta perjudica mucho cualquier sistema de refrigeración. 1.4.2 Sistema de Refrigeración Directo. Es el que se lleva acabo colocando el evaporador en el espacio o cuerpo a enfriar como se muestra en la figura 1.4(a). Figura 1.4(a) Sistema de refrigeración directo, se realiza en el evaporador. 9 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.4.3 Sistema de Refrigeración Indirecto. Es aquel en el cual el evaporador va colocado dentro de un tanque perfectamente aislado térmicamente, el cual a su vez contiene una solución salina llamada salmuera que es la que circula por el espacio o cuerpo a enfriar. En estos sistemas indirectos debe considerarse que la temperatura de la salmuera o refrigerante secundario que circula por un serpentín secundario de enfriamiento o a la salida del mismo espacio o producto a enfriar debe ser de 5º a 6º F como mínimo debajo de la temperatura del producto o espacio a enfriar. La elevación de la temperatura de la salmuera es de la entrada hasta la salida del serpentín, se calcula generalmente de 10ºF pudiéndose considerar en grandes plantas hasta de 15 a 20ºF. Figura 1.4 (b) Sistema de refrigeración indirecta, trabaja con dos refrigerantes. 1.4.4 Diagrama Presión-Entalpía (Diagrama de Mollier) Un ingeniero en diseño revisa cuidadosamente los datos del refrigerante en forma de tablas y gráficas antes de seleccionarlo para una instalación determinada. Esta información puede presentarse gráficamente en forma de diagramas que son conocidos como Diagramas de Mollier o (P-H) estos graficarán la presión absoluta y la entalpía principalmente. Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración. El ingeniero en diseño debe de utilizar el diagrama de Mollier para graficar los ciclos de refrigeración, sirve pera detectar problemas prácticos en las operaciones de un sistema. 10 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. El diagrama representa al refrigerante. Es una representación grafica de los datos contenidos en las tablas termodinámicas. El diagrama muestra los tres estados físicos diferentes. Las líneas de frontera convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual representa la condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores a la crítica el refrigerante puede existir solo en forma gaseosa. ⇒ DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA (DIAGRAMA DE MOLLIER) En la siguiente figura 1.4 (c) se representa el diagrama Presión-Entalpía, en el cual aparecen 5 propiedades básicas del refrigerante las cuales son: Figura 1.4 (c) Diagrama presión-Entalpía. 1.- PRESIÓN: Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama. Las escalas de presión no esta graduada en intervalos constantes sino que sigue una escala logarítmica, lo cual permite un amplio rango de cobertura en un diagrama de tamaño razonable. Se puede observar en la figura 1.4 (d). Figura 1.4 (d) Diagrama Presión-Entalpía con líneas de presión constante. 11 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.-ENTALPÍA: Las líneas de entalpía constante son verticales. En un proceso de flujo constante, tal como sucede en un ciclo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica por cada libra de refrigerante. Como se puede observar en la figura 1.4 (e). Figura 1.4 (e) Diagrama Presión-Entalpía con líneas de entalpía constante. 3.-TEMPERATURA: Por lo general las líneas de temperatura constate corren en dirección vertical en las zonas de vapor sobrecalentado y de líquido sub-enfriado. En la zona de mezcla siguen una dirección horizontal entre las líneas de saturación. El diagrama, normalmente simplificado incluye líneas de temperatura solamente en la zona de sobrecalentamiento. En la zona mixta se muestran los puntos de intersección con las líneas de saturación, esto puede observarse en la figura 1.4 (f). Figura 1.4 (f) Diagrama Presión-Entalpía con líneas de temperatura constante. 12 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 4.-VOLUMEN ESPECÍFICO: Las líneas de volumen específico se extienden desde la línea de vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un pequeño ángulo con la horizontal. Como se puede observar en la figura 1.4 (g). Figura 1.4 (g) Diagrama presión-entalpía con líneas de volumen específico. 5.-ENTROPIA: Las líneas de entropía constante se extienden también desde la línea de vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con las líneas de vapor saturado. Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento por que es donde ordinariamente se requieren los datos de entropía, la cual esta relacionada con la disponibilidad de energía. Como se muestra en la figura 1.4 (h). Figura 1.4 (h) Diagrama Presión- Entalpía con líneas de entropía constante. 13 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. El ciclo completo de refrigeración representa la historia de una libra de refrigerante fluyendo una vez a través del sistema. Conociendo simplemente las temperaturas de condensación y de evaporación podemos representar en el diagrama de Mollier el ciclo de refrigeración completo. En el propio diagrama se puede leer los valores para cada una de las propiedades del refrigerante en forma directa. Los cambios de esos valores o magnitudes pueden seguirse a través de cada proceso. 1.5 Conceptos básicos. Termodinámica. La termodinámica se define como la ciencia de la energía, es decir, la termodinámica es la transformación de calor en potencia motriz. La termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados leyes de la termodinámica, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. Principio Cero de la Termodinámica. Cuando los sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio térmico de la termodinámica, que afirma que si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí. Esta propiedad compartida en equilibrio es la temperatura. Primer Principio de la Termodinámica. El primer principio es una ley de conservación de la energía. Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse – dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía – la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor mas la cantidad de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna del sistema. El calor y el trabajo son mecanismo por los que los sistemas intercambian energía entre sí. Este principio se puede observar en la figura 1.5 (a). Figura 1.5 (a) Calor y trabajo son formas equivalentes de variar la energía del sistema termodinámico. 14 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Segundo Principio de la Termodinámica. La segunda ley de la termodinámica da una definición precisa de una propiedad llamada entropía. La entropía se puede considerar como una medida de lo próximo o cuando no se halla un sistema de equilibrio; también se puede considerar como una medida del desorden del sistema. La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por lo tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el caos. Se puede demostrar que el segundo principio implica que sí, no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta. Energía. Facultad que posee un sistema de cuerpos de proporcionar trabajo mecánico o su equivalente. El concepto de energía es básico, en la física clásica y en química, no hay creación ni destrucción de energía sino solo transformación de una forma en otra (principio de Lavoisier) o transferencia de energía de un sistema a otro (principio de Carnot). Es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. Fuerza. Es todo aquello que tenga tendencia a iniciar un movimiento de un cuerpo, hacer que cese dicho movimiento o cambiar de dirección. También puede cambiar el tamaño o forma del cuerpo. La fuerza mas conocida es el peso. El peso es una medida de la fuerza que ejerce la atracción de la gravedad sobre el mismo. Donde: F= fuerza m= masa a=aceleración F=ma Figura 1.5 (b) Aplicación de fuerza a un cuerpo. 15 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Presión. Es la fuerza ejercida por unidad de área Se puede describir como la medida de la intensidad de la fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. Siempre que la fuerza se encuentre distribuida uniformemente sobre un área dada la presión en cualquier punto de la superficie de contacto es la misma, y puede calcularse dividiendo la fuerza total aplicada entre el área total sobre la cual se aplica la fuerza. Esta relación se aplica con la siguiente ecuación: P Donde: F A P= Presión expresada en unidades de fuerza por unidades de área. F= Fuerza total expresada en unidades de fuerza cualesquiera. A= Área total expresada en unidades de área cualesquiera. Presión Atmosférica. El aire tiene peso y por consecuencia ejerce una presión sobre la superficie de la tierra, a esta presión se le conoce como presión atmosférica. El peso de una columna de aire con una sección transversal de 1 cm 2 de la superficie de la tierra a nivel del mar es de 1.033 kg. Por lo tanto la presión de la atmósfera (aire) sobre la superficie a nivel del mar da 2 2 como resultado 1.0333 kg/cm ó 14.696lb/pulg entendiéndose este valor como la presión atmosférica normal a nivel del mar. En realidad esta presión varía dependiendo entonces de la temperatura, humedad y algunos otros factores. Un factor trascendental es la altura sobre el nivel del mar, tenido así una relación de que a mayor altura menor presión atmosférica. Presión Manométrica. Es la presión a la que se encuentra un fluido dentro de un recipiente. Es la presión que se lee en el manómetro. Presión Absoluta. Se entiende por presión absoluta o real de un fluido a la suma de la presión atmosférica más la presión manométrica. Pabs = Patm +Pman 16 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Estado de la Materia. La materia puede existir en 3 fases o estados de agregación: sólido líquido y gaseoso. Muchos materiales, bajo las condiciones de presión y temperatura apropiadas, pueden existir en cualquiera de todas las formas físicas de la materia. La cantidad de energía que poseen las moléculas de la materia, determinan no solo la temperatura, sino también el estado físico y su temperatura. Dicho lo anterior se puede observar el la figura 1.5 (c). Figura 1.5 (c) Estado de la materia. Proceso termodinámico. El proceso, es cualquier cambio que experimente un sistema de un estado de equilibrio a otro y la serie de estados por los cuales pasa un sistema durante un proceso recibe el nombre de trayectoria del proceso. Ciclo termodinámico. Es una secuencia de procesos termodinámicos, un ciclo esta formado por dos o mas procesos, un ciclo opera o evoluciona con sustancias activas y puede ser abierto o cerrado. Calor. Es una forma de energía, por lo tanto se puede convertir en otra forma de energía y recíprocamente otras formas de energía se pueden convertir en calor. EL concepto popular de calor es que este es la energía interna de un cuerpo pero desde el punto de vista termodinámico, se define como energía de transición de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperaturas entre ambos. Calor especifico. Es la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura de la unidad de masa de un material cualesquiera en un grado. 17 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calculo de la cantidad de calor. La cantidad de calor que debe agregarse o retirarse a una masa, para obtener un cambio especificado en su temperatura puede calcularse usando la siguiente ecuación. Q = mCp ∆ T Donde: Q= Cantidad de calor absorbido o entregado por el material. m= Peso del material. T 1= Temperatura inicial. T 2= Temperatura final. El calor se divide en dos clases dependiendo del efecto producido sobre el material que lo absorbe o lo entrega. Transferencia de Calor. En el estudio del calor, nos hemos referido que es una forma de energía en tránsito. Siempre que hay una diferencia de temperatura entre dos cuerpos o entre dos porciones del mismo cuerpo, se dice que el calor fluye en la dirección de mayor a menor temperatura. Existen tres métodos principales por medio de los cuales ocurre esta transferencia de calor: por conducción, convección o radiación, un ejemplo de las formas de transferencia de calor se observa en la figura 1.5 (d). Figura 1.5 (d) Ejemplo de transferencia de calor. Conducción. Se le llama así al proceso por el cual se transfiere energía térmica mediante colisiones de moléculas adyacentes a través de un medio material. El medio en sí no se mueve. Es el flujo de calor a través de una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La conducción es una forma de transmisión de calor eficiente. En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica porque los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores de calor. 18 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Convección. Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo al fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos. Radiación. Es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de radio, un ejemplo de radiación es la transmisión de energía solar a la Tierra. Existe poca radiación a bajas temperaturas, también cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración. Sin embargo, la radiación al espacio o al producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración. La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura. Calor sensible. Cuando el calor absorbido o entregado por un material causa o acompaña un cambio en la temperatura del material. Qs = m Cp TBS Calor Latente. Es la cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase; existen calores latentes de sublimación, fusión y vaporización. Cuando el calor absorbido o entregado por un material produce un cambio físico del material y no tiene efecto alguno sobre la temperatura del mismo. QL= m HL Calor Total. Es una condición particular, es la suma de todo el calor sensible y el calor latente requeridos para llevar un material a esta condición. Comúnmente es conocido como entalpía. QT = QS + QL 19 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calor Latente de Fusión. Bajo un cambio de estado, la mayoría de las sustancias tendrán un punto de fusión, en el cual, ellas cambiarán de un sólido a un líquido sin algún incremento de temperatura. En este punto, si la sustancia esta en estado líquido y el calor se retira de ella, la sustancia se solidificará sin un cambio en su temperatura. El calor envuelto en uno u otro de estos (cambio de un sólido a un líquido, o de un líquido a un sólido), sin un cambio de temperatura se conoce como calor latente de fusión. Calor Latente de Evaporación. Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a líquido se requiere calor latente de evaporación. Puesto que la ebullición es solo un proceso acelerado de vaporización, este calor también puede llamarse calor latente de ebullición, calor latente de evaporación o para el proceso contrario, calor latente de condensación. Cuando 1 kilo (1 libra) de agua hierve o se evapora, absorbe 539Kcal. (970BTU) a una temperatura constante de 100°C (212°F) al nivel del mar, igualmente, para condensar 1 kilo (1 libra) de vapor deben sustraerse 539Kcal. (970BTU). Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la condensación, la transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican también a cualquier líquido aunque a diferentes presiones y temperaturas. La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica y la transmisión del calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración. Calor Latente de Sublimación. El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo mas común es el uso del “hielo seco” o sea bióxido de carbono para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con hielo debajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos. El calor latente de sublimación es igual, a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de evaporación. Entalpía. Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. 20 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Entropía. Es la función de estado que mide el desorden de un sistema físico o químico, y por tanto su proximidad al equilibrio térmico. En cualquier transformación que se produce en un sistema aislado, la entropía del mismo aumenta o permanece constante, pero nunca disminuye. Así, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de entropía máxima, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. En el caso de dos gases puros que no reaccionan químicamente entre sí, que se encuentren encerrados, a la misma presión y temperatura, en sendos recipientes comunicados por una llave de paso, al abrir está, las moléculas de cada gas comenzarán a pasar de un recipiente a otro, hasta que sus concentraciones en ambos se igualen. Todo este proceso transcurre sin variación de presión, temperatura o volumen; no se intercambia en él trabajo alguno, ni existe variación de energía, pero ésta se ha degradado en la evolución del sistema desde el estado inicial hasta el final. Es decir, el valor energético de un sistema no depende tan sólo de la materia y de la energía que contiene sino de algo más. Le energía se conserva, pero se va degradando a medida que la entropía del sistema aumenta. Volumen. Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en tres dimensiones: largo, ancho y alto. Volumen especifico. Es el volumen que ocupa la unidad de masa de aire. Temperatura. Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es el kelvin (K) y en el sistema ingles grados Fahrenheit (°F). La temperatura es una propiedad de las sustancias que dependen de la velocidad de las moléculas del cuerpo. Las moléculas son las partículas que constituyen la estructura de las sustancias. Mientras mayor es la velocidad molecular, más alta es la temperatura. Se puede observar en la figura 1.5 (e) las escalas de temperatura. Figura 1.5 (e) Escalas de temperatura. 21 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Punto de Ebullición. El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura que debe alcanzar, para pasar del estado líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Al llegar al punto de ebullición la mayoría de las moléculas es capaz de escapar desde todas partes del cuerpo, no solo la superficie. La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso de ebullición, y el aporte de más energía sólo produce que aumente el número de moléculas que escapan del líquido. Este hecho se aprovecha en la definición de la escala de temperatura en grados centígrados. Refrigerante. Son compuestos químicos que son alternativamente comprimidos y condensados a la fase líquida y luego se les permite expandir vapor o gas cuando son bombeados a través del sistema de un ciclo de refrigeración mecánica. De otra forma se puede decir que los refrigerantes son sustancias químicas o naturales que se usan para absorber calor por evaporación o ebullición, del estado líquido al estado de vapor y eliminar calor del estado de vapor al estado líquido por condensación. Se emplean muy diversos refrigerantes y la selección de uno determinado depende de las condiciones bajo las que se debe hacer trabajar. Sobrecalentamiento. Se define como el número de grados por encima de la temperatura de saturación del vapor sobrecalentado. Es el calentamiento excesivo de un cuerpo. En un sistema real de refrigeración, a menudo el refrigerante sale del evaporador en una condición de sobrecalentado. Subenfriamiento. Se le denomina así cuando tenemos que la temperatura del líquido es inferior a su temperatura de saturación (punto de ebullición), decimos que tenemos un líquido subenfriado. Tonelada de Refrigeración. Aún en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeración, la cual es realmente una unidad americana en el efecto frigorífico de la fusión del hielo. La tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor latente absorbida por la fusión de una tonelada corta de hielo sólido puro en 24 horas, puesto que el calor latente de fusión de 1 libra mas de hielo es de 144 BTU, el calor latente de una tonelada (2000 libras) de hielo sería 144 X 2000, o sea 288000 BTU por 24 horas. Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre 24 horas, lo cual da una cantidad de 12000 BTU/hora, que a su vez recibe el nombre de “Tonelada de Refrigeración”. Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es de 80 Kcal y que una tonelada americana es igual a 907.185 kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 3.024Kcal/hora. 22 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CAPITULO 2. ANALISIS ENERGETICO. 2.1 Análisis del proyecto. En este proyecto se desarrolla el cálculo de un espacio frío para refrigerar leche que estará ubicado en Tlalnepantla, Estado de México. El proyecto consta de cuatro capítulos, en el cual se describe cada punto que los conforma. En el capitulo uno se describió a grandes rasgos los conceptos básicos de termodinámica que son fundamentales para poder comprender y llevar a cabo este proyecto. En el capitulo dos se hace un estudio de todo el balance térmico y una descripción de las características principales del producto a refrigerar. En este capítulo es necesaria la utilización de las tablas en el apartado de anexos. 2.2 Condiciones de diseño. Lugar: TLANEPANTLA, EDO. DE MEXICO. Dimensiones de la cámara (espacio frío): Largo: 118.1088 ft = 36 m Ancho: 62.3352 ft = 19 m Alto: 24.606 ft = 7.5 m Temperaturas exteriores: TBS = 90ºF = 32ºC TBH =63ºF = 17ºC Altitud: 8202.075 ft = 2500 m Humedad relativa: 55% Aislamiento térmico: Paneles de poliuretano. Producto: Leche Temperatura de entrada del producto a la cámara: 46.4 ºF =8º C Temperatura de almacenamiento: 33 ºF =1ºC Calor específico arriba del punto de congelación: 0.93 BTU/Lb.ºF Calor especifico abajo del punto de congelación: 0.49 BTU/Lb. ºF Calor latente de fusión: 2189.6964 BTU/Lb Punto más alto de congelación: -33.8 ºF Capacidad de almacenaje: 220460 Lb Flujo diario de producto: 132276 Lb Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica: 16 hr. Número de personas que trabajan dentro de la cámara:4 Número de montacargas que trabaja dentro de la cámara: 2 Potencia del montacargas: 7.504 Hp Motores eléctricos dentro de la cámara: 9 motores de 0.99964 Hp cada uno (746watts c/u) Número de lámparas en la cámara de refrigeración: 14 Capacidad de cada lámpara: 200 Watts 23 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.3 Características del producto. La leche es un líquido nutritivo de color blanquecino, producido por las hembras de los mamíferos. Esta capacidad de las hembras es una característica que define a los mamíferos. La principal función de la leche es la de alimentar. La leche es la base de numerosos productos lácteos, como la mantequilla, el queso o el yogur. Numerosos subproductos de la leche son utilizados en las industrias agroalimentarias, químicas y farmacéuticas; leche concentrada, leche en polvo, caseína o lactosa. La leche está compuesta principalmente por agua, materia grasa, proteínas, hidratos de carbono (lactosa) y calcio. Como ya se ha mencionado anteriormente, la leche es un líquido blanco mate y ligeramente viscoso, donde la composición y las características físico-químicas varían sensiblemente según las especies animales, la raza, varían en el curso del periodo de lactancia, así como en el curso de su tratamiento. La leche de vaca tiene una densidad media de 1,032 g/ml. Es una mezcla muy compleja y muy inestable. Contiene una proporción importante de agua, cerca del 87%. El resto constituye el extracto seco que representa 130 g por litro, entre los que está 35 a 45 g de materia grasa. Otros componentes principales son los glúcidos lactosa, las proteínas y los lípidos. Los componentes orgánicos (glúcidos, lípidos, proteínas, vitaminas), los componentes minerales (Ca, Na, K, Mg, Cl) y el agua. Las sustancias orgánicas están presentes en cantidades más o menos iguales y constituyen la principal fuente de energía. Su PH es ligeramente ácido (PH comprendido entre 6.6 y 6.8). La leche entera de vaca es una importante fuente de vitaminas (vitaminas A, B, D3, E). Un vaso de 250 ml aporta la cantidad diaria recomendada de: • Calcio 44% • Vitamina A 20% • Vitamina D 50% Algunos consideran que el consumo de leche puede causar problemas, ya que la leche de vaca por sus proteínas y calcio es difícilmente asimilable por la especie humana, ya que esta está adaptada al estómago del ternero. Algunos posibles problemas que puede causar el consumo de leche a determinadas personas es: • • • Intolerancia a la lactosa, debido al déficit de lactasa, enzima digestiva que hidrolizaría la lactosa en glucosa y galactosa. Alergia a la leche o, más específico, Alergia a la Proteína de la Leche de Vaca (APLV). Intolerancia a la Proteína de la Leche de Vaca (IPLV). Las variedades de leche son: • Leche fluida (entera): Se entiende con éste nombre a la leche a granel higienizada, enfriada y mantenida a 5°C, sometida opcionalmente a terminación, pasteurización y/o estandarización de materia grasa, transportada en volúmenes de una industria láctea a otra para ser procesada y envasada bajo normas de higiene. La leche fluida entera puede ser sometida a procedimientos de higienización por calor. 24 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Procesos de ultra alta temperatura (UAT ó UHT), que consisten en llevar la leche homogenizada a temperaturas de 130° a 150°C durante 2 a 4 segundos, permiten higienizarla de forma apropiada y de manera que estas puedan llegar en forma segura al consumidor. Las leches pueden ser modificadas en su contenido graso. Propiedades de la leche Calorías 59 a 65 kcal Carbohidratos 4.8 a 5 gr. Proteínas 3 a 3.1 gr. Grasas 3 a 3.1 gr Minerales Sodio 30 mg. Potasio 142 mg. Calcio 125 mg. Hierro 0.2 mg. • Agua 87% al 89% Fósforo Cloro Magnesio Azufre Cobre 90 mg. 105 mg. 8 mg. 30 mg. 0.03 mg. En cuanto a las vitaminas, la leche contiene tanto del tipo hidrosolubles como liposolubles, aunque en cantidades que no representan un gran aporte. Dentro las vitaminas que más se destacan están presentes la riboflavina y la vitamina A. La industria lechera ha tratado de suplir estas carencias expendiendo leches enriquecidas por agregado de nutrientes. Por su alto contenido de agua, la leche es un alimento propenso a alteraciones y desarrollo microbiano, por eso siempre debe conservarse refrigerada y respetando su fecha de vencimiento. 2.4 Condiciones de almacenamiento y conservación. La leche no sería apta para su comercialización y consumo sin ser sometida a ciertos procesos que aseguraran que la carga microbiológica está dentro de unos límites seguros. Por eso, una leche con garantías de salubridad debe haber sido ordeñada, con métodos modernos e higiénicos de succión en los cuales no hay contacto físico con la leche. Después de su ordeño ha de enfriarse y almacenarse en tanque de leche en agitación y transporte en cisternas isotermas hasta las plantas de procesado. En dichas plantas, ha de analizarse la leche antes de su descarga para ver que esta cumple con unas características óptimas para su consumo. Entre los análisis, están los fisicoquímicos para ver su composición en grasa y extracto seco, entre otros parámetros, para detectar los posibles fraudes por aguado, los organolépticos, para detectar sabores extraños y los bacteriológicos, que detectan las bacterias patógenas y la presencia de antibióticos. Estos pasan a la leche procedente de la vaca en tratamiento veterinario y a su vez pasan al consumidor. La leche que no cumple con los requisitos de calidad, debe ser rechazada. Una vez comprobado su estado óptimo, es almacenada en pulmones de gran capacidad y dispuesta para su envasado comercial. 25 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Previo a su envasado, la leche sufre diferentes procesos físico-térmicos según su destino. Estos son, los más importantes: • • • • Desnatado o descremado: es un proceso físico que consiste en la separación por centrifugado de la materia grasa del resto de la leche, quedando por un lado la nata o crema y por otro la leche descremada o desnatada, para posterior normalización o ajuste del contenido graso del producto. Homogenización: es un proceso físico destinado a reducir el tamaño del glóbulo grasos que evitarán los fenómenos de separación de grasa láctea. Al disminuirse el tamaño, como efecto secundario, se dispersa la luz, dándole un color blanco más intenso. Pasteurización o pasterización: es un proceso térmico no excesivamente severo para con los componentes nutritivos, destinado a provocar la muerte de los organismos patógenos. La pasterización moderna consiste en calentar la leche a 80 ºC/30 s. Este calentamiento debe ser seguido de un rápido enfriamiento a 4 ºC. Esta pasterización garantiza la práctica destrucción de todos los microorganismos no esporulantes y no altera sensiblemente sus características. UHT (Ultra High Temperature): es un proceso térmico que consiste en exponer la leche durante un corto lapso de tiempo a una temperatura que oscila entre 135 y 140 ºC y seguido de un rápido enfriamiento. Esto se hace de una forma continua y en recinto cerrado que garantiza que el producto no se contamine. Igualmente que el anterior, este proceso no altera notablemente los sabores de la leche. La refrigeración es indispensable para el mantenimiento de la calidad inicial de la leche: Permite detener o limitar la proliferación de la flora bacteriana, y evita las alteraciones de los componentes de la leche utilizados en transformación. Influencia de la refrigeración en la calidad de la leche: La leche constituye para cierto número de especies bacterianas un medio en el que se presentan distintos parámetros favorables para su crecimiento. La temperatura es un parámetro que interviene bien como factor de inhibición, bien como factor de proliferación: Por consiguiente, la temperatura y el tiempo durante el cual la leche se almacena durante la producción van a intervenir de manera importante en la proliferación o no de las bacterias presentes. 2.5 Volumen de almacenamiento. El volumen de almacenamiento de nuestro espacio por refrigerar es calculado con las dimensiones de la cámara de refrigeración, el largo, ancho y alto. Así tenemos un volumen de almacenamiento de 181157.6315 ft3 = 5130 m 3 2.6 Dimensiones del espacio por refrigerar. Dimensiones de la cámara (espacio frío): Largo: 118.1088 ft = 36 m Ancho: 62.3352 ft = 19 m Alto: 24.606 ft = 7.5 m 26 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.7 Materiales de construcción. Para las paredes: - Ladrillo común - Poliuretano Para el techo: - Losa de Concreto - Poliuretano Para el piso: - Concreto - Loseta Para las puertas: - Poliuretano - Lamina de acero rolado 2.8 Cálculo de la carga térmica. 2.8.1 Definición de balance térmico. Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance térmico que se refiere al desarrollo de cálculos con el objeto de conocer la cantidad de calor que se debe absorber ó transferir en el evaporador, para que un producto, sustancia o espacio descienda su temperatura en ciertas condiciones. Este cálculo solamente se realizara para verano por ser la condición crítica. En general se puede decir que se tienen las siguientes cargas parciales: 1) 2) 3) 4) 5) 6) Carga térmica generada por el producto. Carga térmica generada por transmisión a través de paredes. Carga térmica generada por alumbrado y equipo. Carga térmica generada por infiltración. Carga térmica generada por ocupantes. Carga térmica generada por efecto solar. 1) Concepto de carga térmica generada por producto. Al producto es a quien se le debe retirar calor principalmente para que una determinada sustancia o espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad. Las frutas, vegetales o cualquier producto desprenden determinadas cantidades de calor durante su vida, además de introducirlas a un espacio refrigerado, se toma en cuenta que estas se encuentran a una temperatura ambiente o un poco mas alta que esta, la cual da como resultado realizar el abatimiento de su temperatura, hasta llegar a un rango de temperatura para su conservación. El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, si no también algunos otros materiales que complementan la función de contener y manejar el producto. 27 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se requiere mantener el producto o espacio. Para poder determinar la carga por producto se considera lo siguiente: Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación o criogénica). Tipo de calor a eliminar (calor sensible, calor latente o ambos). Calor sensible. La temperatura se abate sin que haya un cambio de estado físico en el producto o sustancia. Este parámetro se puede determinar de la siguiente forma. q SA = mc pA ∆T q SB = mc pB ∆T Donde: q SA = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar o retirar al producto arriba del punto de congelación. (BTU) q SB = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar o retirar al producto abajo del punto de congelación. (BTU) m = Cantidad de masa del producto.(lb) cpA = Calor especifico arriba del punto de congelación. BTU lb − º F c pB = Calor especifico abajo del punto de congelación. BTU lb − º F ∆T = Diferencia de temperaturas entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final. (ºF) En el diagrama 2.8 (a) se muestra la forma en que la temperatura se abate sin que haya un cambio de estado físico. Diagrama 2.8 (a). Abatimiento de calor sensible. 28 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calor latente. La temperatura se mantiene constante y hay un cambio de estado físico en el producto o sustancia. La ecuación que define el calor latente es: q L = mH L Donde: q L = Calor latente de fusión o cambio de estado. (BTU) m = Cantidad de masa del producto para el cambio de estado. (lb) BTU H L = Calor latente de fusión del producto. lb En el diagrama 2.8 (b) se puede observar como la temperatura se mantiene constante y existe un cambio de estado físico. Diagrama 2.8 (b). Abatimiento de calor latente. Existen ocasiones donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al mismo tiempo, por lo que de esta combinación el resultado será con la ecuación: − QTOT = ( − q SA ) + ( − q L ) + ( − q SB ) Lo anterior se puede observar en el diagrama 2.8 (c) Diagrama 2.8 (c) Abatimiento de calor sensible y calor latente. 29 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2) Concepto de carga térmica generada por transmisión a través de paredes. Este concepto se calcula con el siguiente modelo matemático: BTU hr Q = AU∆T En el caso particular de la refrigeración, las paredes deben llevar una capa de aislante térmico de 2 a 3 pulgadas. Todo elemento que separa a las masas de fluidos a diferentes temperaturas esta sujeto a un paso de calor que va desde el más caliente hacía el más frío y si el medio que los separa es de material homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento según una recta. Véase figura 2.8 (d). Figura 2.8 (d) Transmisión de calor a través de paredes compuestas de un material. La cantidad de calor que fluye a través de una pared d espesor “e”, se calcula de la siguiente manera. q= A (T1 − T2 )k e BTU hr En donde: Q = Cantidad de calor transmitido. 2 BTU hr A = Área de transmisión. (ft ) k = Coeficiente específico de conductividad térmica. BTU ft −º F − hr e = Espesor de la pared. (pulg.) T1 y T2 = Temperatura a ambos lados de la pared. (°F) 30 2 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. En el caso del cálculo para el suelo, la temperatura exterior no será la misma, por lo tanto se deberá calcular de la siguiente forma: Text suelo = Text + Tdiseño [ ºF ] 2 El coeficiente específico de conductividad térmica (k) es numéricamente igual a la cantidad de calor que 2 pasa por una placa de material considerado de 1 ft de sección por 1 pulg. De espesor cuando existe 1 °F de diferencia de temperatura entre sus 2 caras en 1 hr. Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que se transmite a fluye a través de las paredes compuestas de un solo material. • Conductancia de la capa superficial de aire (Película de aire) La transferencia de calor a través de cualquier material esta relacionada con la resistencia superficial del aire al flujo de calor y está, se determina según el tipo de superficie (rugosa ó lisa), su posición (vertical u horizontal) y la intensidad de flujo de aire sobre la superficie. La conductancia de la capa superficial del aire se designa normalmente con la letra ƒ 1 para superficies 2 exteriores y ƒ2 para las superficies interiores, se expresa en el sistema métrico en Kcal/hr. m °C o en el 2sistema ingles en BTU/hr-ft °F. Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de 1.65 para ƒ2 para paredes interiores casi sin movimiento de aire, y ƒ 1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos hasta 24 Km./hr (15mi./hr.) ó en su defecto calcular dichos valores mediante las siguientes expresiones: ƒ = 1,6 + 0.3 v (para paredes lisas) ƒ = 2.0 + 0.4 v (para paredes medianamente rugosas) ƒ = 2.1 + 0.5 v (para paredes muy rugosas) En donde “v” es la velocidad del aire en Millas hr 31 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. • Cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta de varios materiales. e1 e2 e3 T1 T3 T4 T2 T5 Q Flujo térmico ƒ1 k1 k2 k3 ƒ2 Figura 2.8 (e) Transmisión de calor a través de una pared compuesta por varios materiales. Q = q1 + q 2 + q3 + q 4 + q 5 (BTU/hr) q1 = Aƒ 1 (T1 − T3 ) → (T1 − T3 ) = q1 . Aƒ 1 q2 = q e A (T3 − T4 )k1 → (T3 − T4 ) = 2 2 . e1 Ak1 q3 = qe A (T4 − T5 )k 2 → (T4 − T5 ) = 3 2 . e2 Ak 2 q4 = qe A (T5 − T6 )k 3 → (T5 − T6 ) = 4 3 e3 Ak 3 q 5 = Aƒ 2 (T6 − T2 ) → (T6 − T2 ) = (T1 − T2 ) = q5 Aƒ 2 Q 1 e1 e2 e3 1 + + + + A ƒ 1 k1 k 2 k 3 ƒ 2 32 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. • Coeficiente de conductividad térmica total. La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta de dos o más materiales que separan a dos fluidos que se encuentran a diferentes temperaturas. Q = A(T1 − T2 )U U= BTU hr 1 1 e1 e2 e3 1 + + + + ƒ 1 k1 k 2 k 3 ƒ 2 En donde: Q= calor transferido. BTU Kcal o hr hr A= área expuesta al flujo de calor.(ft2 ò m 2) U=coeficiente de conductividad térmica total. BTU kcal o 2 hr − m 2 −º C hr − ft −º F ∆T= diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el inferior (ºC ò ºF) 3) Concepto de la carga térmica generada por alumbrado y equipo. En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden energía calorífica al medio enfriado en el momento de operar. La cantidad de calor que eso cede se obtiene directamente de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es: 1 watt = 3.415 BTU/hr Todos los sistemas de iluminación, ya sea incandescentes o fluorescentes básicamente, transforman la energía eléctrica que reciben, para su operación, en calor; el cual desprende en su totalidad y se disipa en el interior del espacio que se desea refrigerar, por lo tanto, el siguiente modelo matemático nos permite calcular la ganancia de calor generado por alumbrado. Q alumbrado = (No. De lámparas) (watts de cada lámpara)(3.415) = (BTU/hr) Como sabemos todas las maquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean parte de su energía consumida en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor. El calor cedido al espacio con los motores y sus maquinas conducidas afectan a dicho medio de tres maneras: 33 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1. Si el motor y la maquina se encuentra en el interior del espacio enfriado, el calor cedido será igual al de la siguiente expresión: Qequipo = N η (746)(3.415) = BTU / hr 2. Si el motor está fuera del espacio y la maquina en el interior del espacio, el calor desarrollado esta dado por: Qequipo = N (746)(3.415) = BTU / hr 3. Si el motor esta dentro del espacio y la maquina fuera, el calor emitido será: N Qequipo = − N (746)(3.415) = BTU / hr η Donde: N = Potencia del motor eléctrico (HP) η = Rendimiento del motor eléctrico (%) 746 = Factor de conversión de HP a watts. 3.415 = Factor de conversión de watts a BTU/hr Para: Q AyE = Q A + QB ( BTU / hr ) 4) Concepto de la carga térmica generada por infiltración. El concepto de infiltración representa una transmisión de calor originado por la entrada de aire exterior ( a la temperatura del medio ambiente) al interior del espacio refrigerado. Esta carga térmica es ocasionada en el momento de apertura de las puertas, ventanas u otro medio que influya en la comunicación con el exterior. El procedimiento de calculo para este punto se basa en considerar de que el aire interior del espacio se cambiara un determinado numero de veces por hora, a este se le llama numero de cambios de aire (CA) y se maneja en un intervalo de una hora. El numero de cambios esta en función directa del volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distingamos 2 grupos: Espacios con volúmenes altos (más de 200 ft3) 3 Espacio con volúmenes bajos (menos de 200 ft ) 34 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina de la siguiente manera: Método por apertura de puertas (para refrigeración) Para congeladores ò diseños mas bajo a esta condición se consideran 2.1 CA. Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales ò superiores de refrigeración, se considera 4.2 CA. Si se tiene instalaciones de uso pesado se deben multiplicar el valor de los cambios de aire por 2. Para el caso de almacenamiento con uso prolongado el valor de cambio de aire se multiplica por 0.6. El calor a eliminar en el aire se obtendrá (para el caso del método de apertura de puertas) a partir de la carta psicrométrica, de aquí se toman los valores de la entalpía total del aire exterior correspondiente al valor de su volumen especifico y del mismo modo para el aire interior, la ecuación que define la cantidad de calor del aire en función de la magnitud será: Qaire int = Qaire ext = Vinf iltrado υ int erior Vinf iltrado υ exterior H T int erior BTU hr H T exterior BTU hr Entonces el calor infiltrado es: Qinf = Qext − Qint BTU hr 5) Concepto de la carga térmica generada por ocupantes. El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad esta desprendiendo calor, aun cuando no realice actividad física, el simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente para que se libere calor. La energía calorífica cedida por los ocupantes esta en función directa de la actividad que desarrolle en el interior del espacio. Existen valores determinados, para ciertas actividades que se pueden desarrollar en el área a tratar, los cuales se localizan para su uso practico en tablas. Los valores que se muestran en estas tablas como el equivalente del calor por persona (ECPP) es la suma del calor sensible mas su correspondiente calor latente. Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el equivalente de calor por persona en la tabla, de acuerdo con la temperatura interior del espacio, y multiplicarlo por el número de ocupantes Qocupantes = No .de Ocupantes x ECPP En donde: ECPP= Equivalente de calor por persona. 35 BTU hr INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 6) Concepto de la carga térmica generada por el efecto solar. Este cálculo se debe a la incidencia de los rayos solares y se calcula exclusivamente para las paredes o superficies afectadas en la hora crítica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre la superficie de un espacio refrigerado originan el calentamiento de estos, lo cual implica el paso del calor el interior del espacio. El efecto solar esta relacionado con las siguientes características: • • • Rugosidad de la superficie en la que incide El ángulo de incidencia e intensidad de los rayos solares. La constantes proporcional del color de la superficie Las características anteriores afectan la refracción de la radiación solar, lo cual puede ocasionar un aumento en la ganancia de calor en el interior del espacio por este concepto. Para el cálculo de la radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar, se puede calcular suponiendo que el medio ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real y se puede obtener mediante la expresión matemática general de la transmisión de calor: Q = AU∆T ′ BTU hr ∆T ′ = Text corregida − Tint de diseño (° F ) Text corregida = Text + ∆Ttablas (° F ) ∆Ttablas se obtiene considerando el calor y orientación de la superficie afectada. 7) Concepto de la carga térmica total. Después de realizar los cálculos anteriores se procede a efectuar la suma de cada punto calculado, a fin de obtener la carga térmica total y de esta forma poder conocer la cantidad de calor que deberá retirársele a nuestro espacio y/o producto a refrigerar. Entonces tenemos que: Carga térmica generado por el producto. Carga térmica generado por transmisión a través de paredes. Carga térmica generado por alumbrado y equipo. Carga térmica generado por infiltración. Carga térmica generado por ocupantes. Carga térmica generado por efecto solar. Por lo tanto: QT = Q prod . + Qtrans . paredes + Qalumb . y equipo + Qinf ilt . + Qocup . + Qefecto solar BTU hr Para poder realizar el cálculo de la transmisión de calor, a continuación se ilustra el dimensionamiento del espacio por enfriar. 36 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.8.2 Método de cálculo Cálculo de la carga térmica generado por el producto. Para realizar el cálculo de nuestro balance térmico se procede a conocer los datos necesarios los cuales serán proporcionados por nuestro equipo de enfriamiento secundario y mediante las siguientes formulas podremos obtener nuestra carga térmica total. q A = m Cp A ∆T l Donde: q A = es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de congelación. (BTU) m = cantidad de masa de producto (lb) Cp A = calor especifico arriba del punto de congelación BTU lb − º F ∆T = diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final (º F) Se tomara esta formula debido a que solo se disipara calor sensible, o sea que no habrá ningún cambio de estado físico, de modo que nuestro calculo será de la siguiente forma: BTU hr A continuación se realizaran los respectivos cálculos a cada uno de nuestros intercambiadores de calor, para poder obtener así la carga térmica que tendrá que ser disipada por nuestro sistema de refrigeración. Para este primer cálculo tenemos como datos: Producto: leche T entrada = 46.4 ºF = 8ºC T almacenamiento = 33 ºF (ver tabla 2 de anexos)= 1ºC Valor de calores específicos de la tabla 6 de anexos. cpA = 0.93 BTU/lb. ºF c pB = 0.49 BTU/lb. ºF H L = 2189.69 BTU/lb m = 220460 lb Tiempo de trabajo = 16 hr Se toma el valor de la capacidad de almacenaje entre el tiempo de trabajo para abatir la carga térmica: 37 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. La diferencia de temperatura: ∆T = Talmacenami ento − Tentrada ∆T = 33º F − 46.4º F ∆T = −13.4º F = −25º C El proceso se puede graficar como se observa en la figura 2.8 (f). Figura 2.8 (f) Grafica de abatimiento de calor sensible. q s = mC PA ∆T ( q s = 13778.75 lb hr )(0.93 BTU hr°F )(− 13.4°F ) - q s = 171710.78 Q TOTAL DEL PRODUCTO ES: BTU hr QT = ( −q s ) + (−q l ) Donde: q l = No se toma en cuenta por que no vamos a llevar el producto abajo del punto de congelación. QTOTALDELPR ODUCTO = −171710.78 BTU Kcal = −43270.39 hr Hr El signo (-) indica que esta perdiendo calor el producto a refrigerar, como se observa en la grafica de la figura 2.8( f ). 38 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calculo de la cantidad de calor a través de paredes. Esta carga se calcula por la expresión matemática: Q=UA∆T BTU hr Donde: Q= cantidad de calor total que fluye a través de las paredes. A= área total de las paredes, techo y piso U= coeficiente total de conductividad térmica. ∆T=temperaturas a ambos lados de las paredes. Para analizar cada uno de los muros, el techo y la pared, utilizaremos la siguiente expresión matemática: q= AU∆T BTU hr Para seleccionar un buen aislante de calor, vamos a analizar dos materiales que se usan en el campo de la refrigeración para seleccionar el que mejor nos convenga. Figura 2.8 (g) Paredes de transferencia. Calculo del área de las paredes: Para muros 1 y 2 A=118.1088ft (24.606ft)= 2906.1851ft2 Para la puerta ubicada en el muro 3 A= 9.836 ft (7.868 ft)= 77.3896 ft2 Para paredes 3 y 4 A=24.6066ft (62.3352ft)= 1533.8199 ft2 Para techo 5 y piso 6 2 A=118.1088ft (62.3352ft)= 7362.3356 ft 39 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calculo del coeficiente de película f para las paredes y el techo: Encontramos que: La velocidad interior de la cámara es 0 y la velocidad exterior de la cámara es de 15millas hr . Para encontrar el coeficiente f para paredes lisas utilizamos la siguiente expresión matemática: f 1 = 1.6 + 0.3v ext f 2 = 1.6 + 0.3v int Donde: f1 y f2= películas exterior e interior de la pared BTU º F − hr − ft 2 Sustituyendo en la fórmula ) = 6.1 BTU º F − hr − ft 2 ) = 1.6 BTU º F − hr − ft 2 f1 = 1.6 + 0.3(15 millas hr f 2 = 1.6 + 0.3(0 millas hr Calculo de f para el piso: f1 = 0 f 2 = 1.6 + 0.3(0 millas hr ) = 1.6 BTU º F − hr − ft 2 Calculo del espesor del material aislante: Encontramos que para el cálculo del espesor tomamos las temperaturas interior y exterior del espacio por refrigerar pero en grados centígrados, después se efectúa la operación y el espesor se da en cm, después se hace la conversión a pulgadas. 40 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1 e = ∆T [ poliestireno] 3 ∆T = Text − T int ∆T = 32.22°C − 0.55 = 31.67°C 1 e = (31.67) = 10.55cm = 4.157" 3 Pero tomamos un espesor e= 4” Figura 2.8 (h) Constitución de paredes. U= 1 1 e1 e2 1 + + + f 1 k1 k 2 f 2 Donde: f1 y f2= películas exterior e interior de la pared BTU º F − ft 2 − hr k1, k2= coeficiente específico de conductividad térmico, del poli estireno y del ladrillo. e1, e2= espesor de los materiales poliestireno (plg) Para calcular U de las cuatro paredes, usamos U= BTU 1 = 0.04982 1 4" 5.5" 1 º F − hr − ft 2 + + + 6.1 0.22 5 1.6 41 BTU − p lg º F − ft 2 − hr INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calculando U para la puerta BTU 1 = 0.05271 1 0.04" 4" 0.04" 1 º F − hr − ft 2 + + + + 6.1 350 0.22 350 1.6 U= Calculando U para el techo: Figura 2.8 (i) Constitución del techo con poliestireno. Las películas son las mismas para el techo, pero el espesor de la loza de concreto es de 5” y: k = 12 U= BTU − p lg º F − ft 2 − hr 1 1 4" 5" 1 + + + 6.1 0.22 12 1.6 = 0.05157 BTU º F − hr − ft 2 Calculando U para el piso: La película exterior es cero porque está en el piso, pero la interior es la misma f 2 = 1.6 + 0.3(0 millas hr ) = 1.6 BTU º F − hr − ft 2 Se va a usar: Piso de concreto de 4” y k = 12 BTU − p lg º F − ft 2 − hr 42 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Una loseta de espesor de 0.09” y k = 1.8 U= BTU − p lg º F − ft 2 − hr 1 BTU = 0.9917 0.09" 4" 1 º F − hr − ft 2 + + 1.8 12 1.6 Calculando q1, q2, q3, q4, q5, q6: q1 = (0.04982 q 2 = (0.04982 BTU BTU )(2906.1851 ft 2 )(57º F ) = 8252.8100 2 hr º F − hr − ft BTU BTU )( 2906.1851 ft 2 )(61.5º F ) = 8904.3477 2 hr º F − hr − ft BTU BTU )(77.3896 ft 2 )(57 º F ) = 232.5147 2 hr º F − hr − ft BTU BTU q 3 = (0.04982 )(1533.8199 ft 2 − 77.3896)(57 º F ) = 4135.8833 2 hr º F − hr − ft q puerta = (0.05271 q 4 = (0.04982 BTU BTU )(1533.8199 ft 2 )(57º F ) = 4355.6497 2 hr º F − hr − ft q techo = (0.05157 q piso = (0.9917 BTU BTU )(7362.3356 ft 2 )(57º F ) = 21641.5118 2 hr º F − hr − ft BTU 90 − 33º F BTU )(7362.3356 ft 2 )( ) = 208085.0041 2 hr 2 º F − hr − ft U Q MURO BTU º F − hr − ft 2 A [ft2] ∆T [°F] BTU hr Muro 1 Muro 2 Puerta Muro 3 Muro 4 Techo piso 0.04982 0.04982 0.05271 0.04982 0.04982 0.05157 0.9917 2906.1851 2906.1851 77.3896 1456.4303 1533.8199 7362.3356 7362.3356 57 61.5 57 57 57 57 28.5 8252.8100 8904.3477 232.5147 4135.8833 4355.6497 21641.5118 208085.0041 255607.7213 43 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Qparedes = q1 + q2 + q puerta + q3 + q4 + qtecho + q piso Q paredes = 8252.81 BTU hr + 8904.3477 BTU hr + 232.5147 BTU hr + 4135.8833 BTU hr Q paredes = 255607.7213 + 4355.6497 BTU hr + 21641.5118 BTU hr + 208085.0041 BTU BTU hr Carga térmica generada por transmisión de calor por paredes, utilizando poliuretano. Para calcular esta carga térmica, se utiliza la misma expresión matemática es el mismo procedimiento y los mismos datos del cálculo anterior con poliuretano, lo que varía es el coeficiente de conductividad específico del poliuretano que es de 0.11 BTU − p lg º F − ft 2 − hr Para calcular U de las cuatro paredes, usamos U= 1 1 4" 5.5" 1 + + + 6.1 0.11 5 1.6 = 0.02614 BTU º F − hr − ft 2 Calculando U para la puerta U= 1 BTU = 0.02691 1 0.04" 4" 0.04" 1 º F − hr − ft 2 + + + + 6.1 350 0.11 350 1.6 Calculando u para el techo Figura 2.8 (j) Constitución del techo con poliuretano. 44 hr INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Las películas son las mismas para el techo. BTU − p lg º F − ft 2 − hr El espesor de la loza de concreto es de 5” y k = 12 U= 1 1 4" 5" 1 + + + 6.1 0.11 12 1.6 = 0.02661 BTU º F − hr − ft 2 Calculando u para el piso: La película exterior es cero porque está en el piso, pero la interior es la misma. f 2 = 1.6 + 0.3(0 millas hr BTU º F − hr − ft 2 ) = 1.6 Vamos a usar piso de concreto de 4” con: k = 12 BTU −2 p lg º F − ft − hr Una loseta de espesor de 0.09” con: k = 1.8 BTU −2 p lg º F − ft − hr U= 1 BTU = 0.9917 0.09" 4" 1 º F − hr − ft 2 + + 1.8 12 1.6 Calculando q1, q2, q3, q4, q5, q6 q1 = (0.02614 q 2 = (0.02614 BTU BTU )( 2906.1851 ft 2 )(57 º F ) = 4330.1576 2 hr º F − hr − ft BTU BTU )( 2906.1851 ft 2 )(61.5º F ) = 4672.0121 2 hr º F − hr − ft q puerta = (0.02691 BTU BTU )(77.3896 ft 2 )(57 º F ) = 118.70 2 hr º F − hr − ft 45 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. q 3 = (0.02614 BTU BTU )(1533.8199 ft 2 − 77.3896)(57 º F ) = 2170.0520 2 hr º F − hr − ft q 4 = (0.02614 q5 = (0.02661 q6 = (0.9917 BTU BTU )(1533.8199 ft 2 )(57º F ) = 2285.36 2 hr º F − hr − ft BTU BTU )(7362.3356 ft 2 )(57º F ) = 11166.9697 2 hr º F − hr − ft 90 − 33º F BTU BTU )(7362.3356 ft 2 )( ) = 208085.0041 2 hr 2 º F − hr − ft U MURO BTU ] [ º F − hr − ft 2 Muro 1 Muro 2 Puerta Muro 3 Muro 4 Techo piso 0.02614 0.02614 0.02691 0.02614 0.02614 0.02661 0.9917 Q Trans = q 1 + q Q A [ft2] ∆T [°F] BTU ] [ hr 2906.1851 2906.1851 77.3896 1456.4303 1533.8199 7362.3356 7362.3356 57 61.5 57 57 57 57 28.5 4330.1576 4672.0121 118.70 2170.0520 2285.36 11166.9697 208085.0041 232828.2555 2 + q puerta + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 BTU BTU BTU + 4672.0121 + 118.70 + hr hr hr BTU BTU BTU BTU + 2285.36 + 11166.9697 + 208085.0041 2170.0520 hr hr hr hr QTrans. = 4330.1576 QTrans. = 232,828.2555 BTU Kcal = 58671.73 hr hr En comparación con el poliestireno, el poliuretano es mejor aislante, ya que evita que pase más cantidad de calor en comparación con el poliuretano. Por tal razón utilizaremos para nuestra cámara el poliuretano. 46 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calculo de la cantidad de calor generado por alumbrado y equipo. Para el cálculo de alumbrado para nuestra cámara frigorífica se tiene las siguientes condiciones: Número de lámparas = 14 Capacidad de cada lámpara = 200 Watts Se cuenta con 9 motores dentro de la cámara y su Potencia de cada uno es de = 0.9996 Hp También se cuenta con 2 montacargas de dentro de la cámara con una Potencia de = 7.504 Hp Para efecto de este cálculo tendremos un rendimiento Mecánico del 75% el cual no lo proporciona el fabricante. Para entender lo anterior ver la figura 2.8 (k) Figura 2.8 (k) Ganancia de calor por alumbrado y equipo. Calculo de la cantidad de calor por el concepto de alumbrado: + Q A = No.delamparas × watts × 3.415 + Q A = 14 × 200watts × 3.415 BTU + Q A = 9562 Hr Calculo de la cantidad de calor por el concepto de equipo Por motores: N + Q E = (746)(3.415) η 0.9996 × 9 + QE = (746)(3.415) 0.75 BTU + Q E = 30558 .8515 Hr 47 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Por montacargas: N + Q EM = EM η (746)(3.415) 7.504 × 2 + Q EM = (746)(3.415)(8 / 24) 0.75 + QEM = 16992.9914 BTU Hr Calculo de la cantidad de calor total por el concepto de alumbrado y equipo: + Q AE = Q A + Q E + QEM + Q AE = 9562 + 30558.8515 + 16992.9914 + Q AE = 57113.8429 BTU Kcal = 14392.45 Hr hr Cantidad de calor generado por infiltración. A continuación se realiza el cálculo de la cantidad de calor que se gana por el concepto de Infiltración para nuestra cámara que se encontrara en el Municipio de Tlalnepantla Estado de México y que cuenta con las siguientes características. DATOS DE CONDICIONES EXTERIORES TOMADOS DE TABLAS. (VER TABLA 7 DE ANEXOS) Temperatura de Bulbo seco: 90ºF Temperatura de Bulbo húmedo: 63ºF DATOS DE CONDICIONES INTERIORES Temperatura de Bulbo seco: -33.8 ºF Y con un porcentaje de humedad relativa = 55% Uso pesado y Volumen del espacio = 181157.6315 ft3 De tablas el valor de Cambio de Aire de acuerdo a su número de apertura de puertas es: 16x24Hr 48 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Una forma de representar la cantidad de calor generado por infiltración es como se muestra en la figura 2.8 ( l ) Figura 2.8 (l) Ganancia de calor por infiltración. υ INFILTRADO = ν ESPACIO × CA Hr × USO ν INFILTRADO = 181157 .6315 × 16 ×2 24 Hr ν INFILTRADO = 241,543.5087 ft 3 Hr Calculo de la cantidad de calor que cede el aire exterior. + Q EXTERIOR = ν INF H Text υ EXT Con carta psicrométrica de mediana temperatura que se encuentra en el anexo y tomando las condiciones psicrométricas del aire exterior se determinara los valores de: υ EXT = 14 ft 3 lb H Text = 28.6 241,543.5087 + QEXT = 14 ft 3 lb ft 3 hr 28.6 BTU lb + Q EXT = 493401 .937 49 BTU hr BTU lb INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calculo de la cantidad de calor que cede el aire interior. Para efectos del cálculo de la cantidad de calor que elimina el aire interior se utilizo la carta psicrométrica de bajas temperaturas que se encuentra en la parte de anexo, bajo las condiciones psicrométricas del aire interior que se tiene: υ INT = 12.4 ft 3 lb H T int = −10 − Q INTERIOR = − Q INT BTU lb ν INF H υ int T int ft 3 241,543.5087 hr − 10 BTU = 3 lb ft 12.4 lb − Q INT = −194793 .1522 BTU hr + Q INF = QEXT − Q INT + QINF = 493401.937 BTU BTU − − 194793.1522 hr hr + QINF = 298645 .7299 BTU Kcal = 75257.46 hr hr Calculo de la cantidad de calor generado por ocupantes. Tenemos el siguiente modelo matemático para este concepto. Qocupantes = No .de Ocupantes x ECPP Donde: BTU hr No. de Ocupantes = Numero de personas que se encuentran dentro de la cámara de refrigeración o espacio frío. ECPP = Equivalente del calor por persona o calor disipado por persona. 50 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Para seguir con este cálculo tomamos de la tabla el valor que corresponde al calor que se disipa por persona, esto se hace tomando en cuenta la temperatura requerida del producto, que es la temperatura dentro del espacio frío. Tenemos que: 40° F − − − −840 BTU / hr 33.8° F − − − − X 30°F − − − −950 BTU / hr Con estos datos a continuación vamos a interpolar: 30 − 40 950 − 840 = 33.8 − 40 x − 840 33.8 − 40 X = 840 + (950 − 840) 30 − 40 X = 840 + (110)(0.62) X = 908.2 BTU hr Sustituyendo Datos: Qocupantes = ( 4)(908.2 BTU / hr ) Qocupantes = 3632.8 BTU Kcal = 915.4502 hr hr Calculo de la cantidad de calor generado por efecto solar. Este aspecto para nuestro caso no va a ser tomado en cuenta ya que nuestro espacio frío estará situado dentro de una nave industrial, por lo tanto: Qefecto solar = 0 BTU / hr Esto se debe a que los rayos del sol no afectan directamente al espacio. 51 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.8.3 Evaluación de la carga térmica total. Métodos de calculo Cantidad de calor Qprod − 171710 .78 BTU hr Qtrans. 232828 .2555 BTU hr QA y E Qinf. Qocup. Cantidad de calor total (QTotal) BTU hr BTU 298645.7299 hr BTU 3632.8 hr BTU 420509.8483 hr = 35 TR 12000 57113 .8429 52 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CAPITULO 3. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS INTRODUCCIÒN. A lo largo del estudio del proceso de refrigeración, la cuestión de los refrigerantes no se ha tratado a causa de que no es necesario hacerlo en relación con los principios físicos básicos del cambio de estado de los cuerpos. Es bien conocido sin embargo que en la práctica son usados diferentes refrigerantes de acuerdo con sus aplicaciones y necesidades. En este capitulo se hace una breve mención de algunos refrigerantes y sus características, con el fin de seleccionar con base a los criterios, el de mejor efecto para nuestro ciclo de refrigeración. 3.1 Criterios para una buena selección y aplicación de los refrigerantes. 3.1.1 Refrigerante. En general, un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Con respecto al ciclo compresión- vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cual alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente. Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo compresiónvapor, debe poseer ciertas propiedades (químicas, físicas y termodinámicas) que lo hagan seguro y económico durante su uso. Propiamente no existe un refrigerante “ideal” y por las grandes diferencias en las condiciones y necesidades de las varias aplicaciones, no hay un solo refrigerante que sea universalmente adaptable a todas las aplicaciones. Un refrigerante se aproximara al “ideal”, siempre y cuando sus propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para lo cual va a ser utilizado. 3.1.2 Clasificación según ASHRAE. En la tabla siguiente se proporciona una lista de fluidos cuyas propiedades pueden ser adecuadas para usárseles como refrigerantes. Sin embargo, sólo unos pocos de los más deseados son realmente empleados como tales. Algunos que se usaron en años anteriores, han sido eliminados a medida que se han desarrollado fluidos mas apropiados, otros continúan en estado de desarrollo y son una promesa para el futuro. 53 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. ASHRAE SISTEMA DE NUMERACION DE REFRIGERANTES DESIGNACION ESTANDAR DE LOS REFRIGERANTES COMPUESTOS HALOCARBUROS NOMBRE QUIMICO FORMULA QUIMICA PESO MOLECULAR PUNTO DE EBULLICION ºF 10 11 12 13 13B1 14 20 21 22 23 30 31 32 40 41 50 110 111 112 112A 113 113A 114 114A 114B2 115 116 120 123 124 124ª 125 133 140A 142b 143ª 150ª 152ª 160 170 218 290 Carbontetracloruro Tricloromonofluorometano Diclorodifluorometano Monoclorotrifluorometano Monobromotrifluorometano Carbòntetrafluoruro Cloroformo Dicloromonofluorometano Monoclorodifluorometano Trifluorometano Cloruro de metileno Monocloromonofluorometano Fluoruro de metileno Cloruro de metilo Fluoruro de metilo Metano Hexacloroetano Pentacloromonofluoroetano Tetraclorodifluoroetano Tetraclorodifluoroetano Triclorotrifluoroetano Triclorotrifluoroetano Diclorotetrafluoroetano Diclorotetrafluoroetano Dibromotetrafluoroetano Monocloropentafluoroetano Hexafluoretano Pentacloroetano Diclorotrifluoroetano Monoclorotetrafluoretano Monoclorotetrafluoretano Pentafluoretano Monoclorotrifluoroetano Tricloroetano Monoclorodifluoroetano Trifluoroetano Dicloroetano Difluoroetano Cloruro de Etil Etano Octafluorociclobutano Propano CCl4 CC3F CCl2F2 CClF3 CBrF3 CF4 CHCl3 CHCl2F CHClF2 CHF3 CH2Cl2 CH 2F2 CH 3Cl CH3F CH4 CCl3CCl3 CCl3CCl2F CCl2FCCl2F CCl3CClF2 CCl2FCClF2 CCl3CF3 CClF2CClF2 CCl2FCF3 CBrF2CBrF2 CClF2CF3 CF3CF3 CHCl2CCl3 CHCl2CF3 CHClFCF3 CHF2CClF2 CHF2CF3 CH2ClCF3 CH3CCl3 CH3CClF2 CH3CF3 CH 3CHCl2 CH3CHF2 CH 3CH 2Cl CH3CH3 CF3CF2CF3 CH3CH2CH3 153.8 137.4 120.9 104.5 148.9 88.0 119.4 102.9 86.5 70 84.9 68.5 52 50.5 34 16 236.8 220.3 203.8 203.8 187.4 187.4 170.9 170.9 259.9 154.5 138 202.3 153 136.5 136.5 120 118.5 133.4 100.5 84 98.9 66 64.5 30 188 44 170.2 74.8 -21.6 -114.6 -72.0 -198.4 142 48.1 -41.4 -119.9 105.2 48.0 -61.4 -10.8 -109 -259 365 279 199.0 195.8 117.6 114.2 38.4 38.5 117.5 -37.7 -108.8 324 83.7 10.4 14 -55 43.0 165 12.2 -53.5 140 -12.4 54.0 -127.5 -36.4 -44.2 54 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. C316 C317 C318 500 501 Diclorohexafluorociclobutano Monocloroheptafluorociclobutano Octafluorociclobutano Refrigerante-12/152 a 73.8/26.2wt%* Refrigerantes – 22/1275/25 wt% 502 Refrigente- 11/115 48.8/51.2 wt% 50 170 290 600 Metano Etano Propano Butano 601 1150 1270 610 611 620 630 631 717 718 729 744 744ª 764 1112 1113 1114 1120 1130 1132ª 1140 1141 1270 Isobutano Etileno Propileno Eter Etilo Formato de metil Amina de metil Amina de etil Amoniaco Agua Aire Dòxido de carbon Oxido nitroso Dioxido de azufre Diclorodifluoroetileno Monoclorotrifluoroetileno Tetrafluoroetileno Tricloroetileno Dicloroetileno Fluoruro de vinilideno Cloruro de vinilo Fluoruro de vinilo Propileno C 4Cl2F6 C4ClF7 C4F8 CCl2F2/CH3 CHF2 CHClF2/CCl2 F2 CHClF2/CCl F2CF3 CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2 CH3 CH(CH3)3 CH2=CH2 CH3CH=CH2 C 2H2OC2H5 HCOOCH3 CH3NH2 C2H5NH2 NH8 H2O CO2 N2O SO2 CCl2=CF2 CClF=CF2 CF2=CF2 CHCl=CCl2 CHCl=CHCl CH=CF2 CH 2=CHCl CH2=CHF CH3CH=CH2 233 216.5 200 140 77 21.1 99.29 -28.0 93.1 -42 112 -50.1 16.0 30 44 -259 -127.5 -44.2 58.1 31.3 58.1 28.0 42.1 74.1 60 14 -155.0 -53.7 94.3 89.2 31.1 45.1 17 18 29 44 44 64 133 116.5 100 131.4 96.9 64 62.5 46 42.1 20.3 61.8 -28 212 -318 -109(SUBL) -127 14.0 67 -18.2 -105 187 118 -119 7.0 -98 -53.7 Carrier Corp. Document 2-D127, p.1 1. Los compuestos de metano, etano y propano aparecen en la sección de halocarburos con sus propias posiciones numéricas, pero entre paréntesis ya que estos productos no son halocarburos. 2. Los compuestos etileno y propileno aparecen en la sección de hidrocarburos (con el fin de indicar que estos compuestos son hidrocarburos). El etileno y el propileno están debidamente identificados como compuestos orgánicos no saturados. De la ASHRAE Data Book, Design Volume, 1957-58 Edition, con permiso de la American Society of Heating, Refrigerating, and Air- Conditioning Engineers. 55 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3.1.3 Propiedades de algunos refrigerantes y características de un ciclo con evaporación a -15ºC (5ºF) y condensación a 30 ºC (86 ºF). HCFC-22 HCFC-123 HCF-134a R-717 Calor de vaporización a 15ºC KJ/Kg. (Btu/lb.) 215.93 (92.8) 178.3 (76.7) 207.28 (89.3) 1313 (564) Volumen especifico del vapor a -15ºC lt/Kg (ft3/lb Gasto por unidad de refrigeración Kg/s por KW (lb./min. por tonelada) Flujo volumétrico de vapor en el evaporador por unidad de refrigeración lt/s por KW ( ft3/min por tonelada) 77.34 (1.24) 0.00615 (2.87) 0.3908 (6.26) 6.56 (3.05) 119.9 (1.92) 0.00681 (3.17) 508 (8.14) 0.00091 (0.422) 0.476 (3.54) 2.56 (19.1) 0.8165 (6.08) 0.461 (3.43) 3.1.4 Efectos de los diferentes refrigerantes en la destrucción de la capa de ozono y el calentamiento global. Una razón por el resurgimiento en el interés por el amoniaco es su efecto a la atmósfera. Durante una fuga de amoniaco mientras que la concentración del amoniaco permanezca cerca o debajo de 50 ppm (partes por millón), el amoniaco no daña a personas, animales, plantas y medio ambiente. El amoniaco se encuentra libre en la atmósfera y es parte fundamental del ciclo del nitrógeno como fuente de nitrato, el cual convierte al nitrógeno de manera que puede ser utilizada por las plantas. Aproximadamente el 95% del total del amoniaco en el mundo es debido a los procesos naturales, por ejemplo, la descomposición de materia orgánica, excremento de animales, productos de las alcantarillas y erupciones volcánicas. El potencial de destrucción del Ozono (ODP) y potencial para el calentamiento global (GWP) de cuatro refrigerantes están mostrados en la Tabla “A”. Los ODPs y GPS están dados con respecto al refrigerante R-11 el cual tiene un valor de 1.0, es preferible que la vida de sustancia en la atmósfera sea corta y la duración del amoniaco en la atmósfera es usualmente de unos días y siempre menos de dos semanas. El ODP del R-22 es solamente 5% y el del R-123 del 2% del R-11. El R-134ª es un HFC y no contribuye a la destrucción del ozono, lo mismo es cierto para el amoniaco. En ambos casos R-22 y R-134ª causan calentamiento global. 3.1.5 Tabla “A” Potencial de destrucción de ozono (ODP) y calentamiento global algunos refrigerantes con referencia a CFC-11. Refrigerante HCFC-22 HCFC-123 HFC-134ª AMONIACO Duración en la atmósfera (Años) 18 2 18 MENOS DE 2 SEMANAS 56 ODP GWP 0.05 0.02 0.31 0.40 0.02 0.31 0 0 (GWP) de INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. En la refrigeración Industrial los dos refrigerantes más importantes son HCFC-22 y amoniaco. Estos refrigerantes se dividen el mercado probablemente en proporciones iguales, pero a principios de este siglo, el HCFC-22 deberá ser reemplazado, por lo que el amoniaco tendrá la oportunidad de ganar más instalaciones debido a que muchos de los empresarios tendrán que observar el comportamiento ecológico de los refrigerantes. Lo anterior es una razón por lo que la utilización del amoniaco será mayor en el futuro. 3.1.6 Propiedades seguras. Las propiedades seguras de un refrigerante son de especial importancia en la selección del mismo. Es por esta razón que algunos fluidos que de otro modo son altamente deseables como refrigerantes, tienen uso limitado como tales. Para tener uso apropiado como refrigerante, un fluido deberá ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, no explosivo y no tóxico, tanto en su estado puro como cuando están mezclados con el aire en cierta proporción; además el fluido no deberá reaccionar desfavorablemente con el aceite lubricante o con cualquier otro material normalmente usado en la construcción del equipo de refrigeración. Además es deseable que el fluido sea de tal naturaleza que no contamine de forma alguna a los productos alimenticios o a algunos productos almacenados en caso de que se tuviera alguna fuga en el sistema. 3.1.7 Aplicación de los refrigerantes. Después de haber examinado las características y factores que influyen en la elección de los refrigerantes, vamos a hacer un resumen del uso de algunos de los refrigerantes más comunes. Aire. El uso principal del aire como refrigerante es en la unidad de ciclo de aire para aviones. El coeficiente de funcionamiento de ciclo de aire que trabaja entre la temperaturas de 30 y -15° C. es 1.67; si se compara con el coeficiente de funcionamiento de los otros refrigerantes, la refrigeración con aire se requiere más trabajo, si bien el menor peso compensa con mucho esta desventaja en el servicio aéreo. Amoniaco. El amoniaco se usa principalmente en grandes industrias y en las instalaciones de baja temperatura. La mayoría de las plantas que usan amoniaco han adiestrado a sus operarios para el servicio. La toxicidad impide su uso en lugares ocupados por grandes grupos de personas. Aunque su utilización en refrigeraciones a baja temperatura, tales como congelación de alimentos y plantas lecheras tienen la competencia de los refrigerantes 22 y 12, cada año entran en funcionamiento muchos nuevos sistemas de amoniaco. 57 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Anhídrido carbónico. Antes de que apareciesen los hidrocarburos halogenados, el anhídrido carbónico era un refrigerante tóxico muy popular. Al exigir altas potencias y altas presiones de condensación, esta limitado ahora uso a los ciclos de baja temperatura en sistemas en cascada, en los que el anhídrido carbónico condensa cediendo su calor al evaporador de una unidad de temperatura más alta que utiliza refrigerante distinto. no su se un Refrigerante 11. Debido al alto caudal en volumen por ton, el Refrigerante 11 es apropiado para trabajar en compresores centrífugos. Los refrigerantes 11 y 113 son los más usados en sistemas de compresor centrífugo. Por debajo de 23.9° C, el refrigerante 11 esta en presión inferior a la atmosférica, por lo que se necesitan dispositivos de purga para separar el aire que se introduzca en el sistema. Refrigerante 12. Es el refrigerante más ampliamente usado. Se usa principalmente con compresores alternativos en aparatos de refrigeración domésticos, en acondicionamientos de aire en comercios e industrias, y en multitud de otros tipos de refrigeración. Las propiedades del refrigerante 12 que lo hacen tan útil son las convenientes presiones de funcionamiento, la pequeña potencia necesaria por ton, y el que no sea tóxico ni corrosivo. 3.1.8 Comparación de los refrigerantes. Muchos factores deben tenerse en cuanta al elegir un refrigerante. Estos factores pueden agruparse en propiedades termodinámicas, químicas y físicas: Termodinámicas: 1. Presiones a las temperaturas de evaporación y condensación. 2. Punto de congelación. 3. Volumen puesto en juego por tonelada de refrigeración. 4. Potencia por tonelada de refrigeración y coeficiente de funcionamiento. Químicas: 1. Inflamabilidad. 2. Toxicidad. 3. Reacción con los materiales de construcción. 4. Daños a los productos refrigerados. Físicas: 1. Tendencia a las fugas y detección 2. Viscosidad y conductividad térmica. 3. Acción sobre el aceite. 4. Costo. 5. Preferencia personal. 58 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3.1.9 Inflamabilidad. El peligro de inflamación o explosión influirá ciertamente en la selección del refrigerante. Los hidrocarburos tales como el propano, etano y butano son altamente inflamables y explosivos, por lo que se usan únicamente en aquellas aplicaciones industriales en las que se puede disponer de métodos de seguridad para el empleo de gases explosivos. El amoniaco es explosivo cuando se mezcla con el aire en concentraciones de a1 o 25 % de amoniaco en volumen. Los hidrocarburos halogenados (refrigerantes 11, 12, 22, etc.), se consideran no inflamables. Toxicidad. Un refrigerante tóxico es el que es perjudicial a los seres humanos cuando se mezcla con el aire en pequeños porcentajes. Todos los refrigerantes comunes, excepto el aire, pueden causar sofocación, pero esto, generalmente solo ocurre a altas concentraciones. Los Underwriters Laboratories han clasificado los refrigerantes de acuerdo con su toxicidad relativa. Como muestra en la siguiente tabla, los números de clasificación más altos de los Underwriters Laboratories indican una toxicidad reducida. Refrigerante. Amoniaco. Duración de la exposición H. ½ Refrigerante 113. Muerte o serios daños Concentración en el aire. % en Volumen. Kg/1.000 m3 a 20°C. 0.5 – 0.6 3.2 – 4.8 1 4.8 -5.2 372 – 402 Anhídrido carbónico Refrigerante 11. ½-1 29.0 – 30.0 530 – 550 2 10.0 570 Refrigerante 22. 2 18.0 – 22.5 642 – 808 Refrigerante 12. Ningún daño a los conejillos de indias después de dos horas de exposición. 28.5 – 30.4 1.430 – 1.530 Los hidrocarburos halogenados no son tóxicos cuando se mezclan con el aire. Sin embargo, su descomposición en presencia de una llama puede ser peligrosa. De la descomposición de estos refrigerantes en presencia de una llama resulta fosgeno, que es un gas venenoso. El olor acre de los productos sirve de aviso. 3.1.10 Selección de refrigerante. Se hace una selección del refrigerante a usar, en base a una tabla comparativa, el la cual se muestran las ventajas y desventajas de nuestras dos alternativas (freón y amoniaco), en la misma se muestra propiedades, características y además precios de los mismos para dar una idea mas clara del porque de la selección de uno u otro. 59 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. TABLA COMPARATIVA PARA LA DEBIDA SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE freón -41.4 Amoniaco NH3 -28 Concentración de calor del vapor saturado a 5ºF en el evaporador (Btu/lb) Contenido de calor del líquido a 86 ºF en el condensador (Btu/lb). Efecto refrigerante (Btu/lb). 105.56 613.35 36.28 133.9 69.28 474.45 Refrigerante recirculado (lb/min) 2.887 0.4215 0.0136 0.0269 6797 19.6 1.246 8.150 55.60 58.20 3.596 3.436 Flamable. No. Si. Tóxico. No. Si. Alto Bajo Mucho Poco Poca Mucha Probabilidad de fuga. Grande Pequeña Estructura molecular. Pequeña Grande Punto de ebullición a 1 atm (ºF) 3 Volumen de liquido a 86 ºF (pie /lb) Liquido recirculado (plg3/min) 3 Volumen de vapor a 5 ºF (pie /lb) 3 Refrigerante por pie de desplazamiento del compresor (Btu/ min) Desplazamiento del compresor (pie3/min) Contaminante. Precio ($/Kg) Miscible con aceite. Abundancia en el mercado. REFRIGERANTE Formula Química Peso Molecular Tem. Ebullición (ºC) a 1 atm. de presión Presión del evaporador a -15ºC (Kg./cm 2) 2 Presión de condensación a 30ºC(kg./cm ) Temperatura critica (ºC) Presión critica (Kg./cm 2) Temperatura de descarga del compresor (ºC) Relación de compresión (30ºC/-15ºC) Volumen especifico del vapor saturado a 15ºC (1/kg.) R-12 CCl2F2 120.9 -28.0 0.83 6.55 112.2 41.97 38.3 4.08 R-22 CHClF2 86.5 -40.8 1.99 11.2 96.1 50.33 55.0 4.06 Amoniaco NH3 17.0 -33.3 1.38 10.86 133.0 116.1 Agua H 2O 18.0 100 752* 731.5* 374.5 226.8 4.94 6.95 91.1 78.0 509 152.570 60 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Calor latente de evaporación a 15ºC (Kcal. /Kg.) Efecto neto de refrigeración del liquido 30º C/15º C (Kcal. /Kg.) Calor especifico del liquido a 30ºC Calor especifico del evaporador a la presión constante de 1 atm. y 30ºC. Coeficiente de comportamiento C.P./ton. De refrigeración. Refrigerante circulado/ton. Refrigeración (kg./min) Liquido circulado/ton. Refrigeración (lt/min) Desplazamiento de compresor/ton refrigeración (lt/min) Toxicidad (grupo No. Undewriter`s Laboratories) Flamabilidad y explosividad Tipo de compresor adecuado. 37.9 52.0 313.8 27.8 35.0 263.5 560 0.24 0.34 1.10 1.0 0.15 0.15 0.52 0.5 4.70 1.002 4.66 1.011 4.76 0.99 4.10 0.62 1.82 1.31 0.19 0.089 1.40 1.11 0.32 0.089 165 102 0.97 13,497 6 5A Mod. No Ninguna Ninguna Si Recip. No Centrif. 3.1.11 Daños a los productos refrigerados. Cuando por una fuga en el sistema refrigerante es posible que llegue el refrigerante a estar en contacto con los productos refrigerados, hay que tener en cuanta los efectos de este contacto. El amoniaco se disuelve en agua, y la mayoría de los productos alimenticios contienen agua. En pequeñas concentraciones el efecto del amoniaco sobre los alimentos es insignificante, pero a altas concentraciones, o con largos periodos de exposición los alimentos toman al sabor, e incluso pueden ser tóxicos. Los hidrocarburos halogenados no tienen efecto perjudicial sobre los alimentos, pieles o telas. 3.1.12 Reacción con los materiales de construcción. Corrientemente, la reacción de un refrigerante, con un material de construcción, no tiene influencia en la elección del refrigerante, pero la clase del material que debe emplearse para contener al refrigerante a usar, viene generalmente dictada por este. Ciertos materiales pueden ser atacados pos los refrigerantes. El amoniaco, por ejemplo, reacciona con el cobre, el latón u otras aleaciones de cobre en presencia del agua. Por tanto el hierro y el acero son los materiales comúnmente empleados en los sistemas de amoniaco. Los hidrocarburos halogenados pueden reaccionar con el cinc, pero no con el cobre, aluminio y hierro. En presencia de una pequeña cantidad de agua, los hidrocarburos halogenados forman ácidos que atacan a la mayoría de los metales. Los hidrocarburos halogenados atacan al caucho natural, por lo que debe usarse en las empaquetaduras y juntas de estanqueidad caucho sintético del tipo neopreno. 3.1.13 Vida útil de los tubos para una cierta capacidad de refrigeración. La siguiente tabla (propiedades de los refrigerantes) mostró que el calor latente del amoniaco es aproximadamente seis veces mayor que el de los refrigerantes halogenados, por lo tanto el flujo másico es muy pequeño con amoniaco para una cierta capacidad. Aunque el amoniaco tenga un alto volumen 61 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. específico y las velocidades del vapor del amoniaco y R-22 son semejantes, la caída de presión de amoniaco es menor. La base mas apropiada para una comparación de los refrigerantes es la caída de temperatura de saturación, por lo que la temperatura es el mejor indicador de la eficiencia del sistema que la presión. Basados en esto un tubo de succión para amoniaco, puede transportar un flujo de refrigerante con aproximadamente tres veces la capacidad de refrigeración en comparación de los refrigerantes halogenados. Capacidades en refrigeración de varios diámetros con dos caídas de temperatura de saturación. Las cantidades se aplican a la tubería de succión con un largo de 30.5m (100ft) y una temperatura de saturación de 17.8ºC (0ºF). Refrigerante HHCFC-22 Amoniaco CAPACIDAD DE REFRIGERACION KW/Ton. Caída de temperatura de Caída de temperatura de saturación de 0.56ºC (1ºF) saturación de 1.1ºC (2ºF) 4” 6” 4” 6” 199(56.7) 587(167) 281(80) 833(237) 545(155) 1583(450) 731(208) 2110(600) La comparación que tubos más pequeños y más baratos pueden ser usados en un sistema con amoniaco para las mismas pérdidas por caída de presión. Por otra parte se podría seleccionar el mismo diámetro de tubo en un sistema de amoniaco beneficiándose el primero con una menor caída en presión. 3.1.14 Aplicaciones actuales del amoniaco. La cantidad de sistemas que usan amoniaco como refrigerantes es pequeña en comparación con la que usa halocarbonos, pero a una escala absoluta el amoniaco tiene un papel importante en la economía mundial. Las plantas de refrigeración que utilizan amoniaco son por lo general grandes y operan en un medio ambiental industrial, funcionan a bajas temperaturas, se distribuyen sobre una superficie extensa, tienen que ser flexibles con respecto a modificaciones y ampliaciones considerando sobre todo la eficiencia de estas plantas. Estas características hacen que el amoniaco sea utilizado frecuentemente para el procesamiento y conservación de los alimentos y hasta cierto punto en las industrias químicas y farmacéuticas. El amoniaco es un pilar de la industria alimenticia y en el congelamiento y conservación de comestible congelado y refrigerado. Basado en los datos suministrados por la Internacional of Refrigerated Warehouses, los pronósticos para compras futuras favorecen a los sistemas de amoniaco en la proporción de 1 a 5 en los Estados Unidos de Norteamérica y Canadá. En Europa Occidental los sistemas de amoniaco en almacenes frigoríficos son favorecidos por un pequeño margen. Ventajas del amoniaco. Las ventajas con el amoníaco incluyen su comportamiento con el aceite, el costo de operación, la eficiencia de los ciclos, los altos coeficientes de intercambio, la baja potencia requerida por la bomba en un sistema de recirculación de liquido, la habilidad para proveer una cierta capacidad de refrigeración con tuberías más pequeñas, su tolerancia al agua, la facilidad de detección de fugas, además el amoníaco es 62 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. adaptable a condensadores evaporativos que pueden reducir la temperatura de condensación. Lógicamente el amoníaco tiene sus desventajas. Usos y porque del amoniaco. El amoniaco se usa principalmente en grandes sistemas industriales que frecuentemente cubren áreas extensas y operan a temperaturas bajas, no es un accidente que el amoniaco domine en estas aplicaciones: • • • • • • • • Costo Bajo: Debido a que estas plantas son grandes y requieren cargas de miles de kilogramos. El costo del refrigerante es un factor importante. Eficiencia Alta: Debido a la alta eficiencia del ciclo y a los altos coeficientes de transferencia de calor, un sistema de amoniaco puede operar económicamente, en las grandes instalaciones se presta mucha atención al costo de la energía eléctrica. Baja Potencia para el Bombeo del Líquido: Debido a que la mayoría de los sistemas industriales usan recirculación del líquido, el amoniaco tiene la ventaja de que requiere menos energía por bomba. Facilidad para detección de fugas: El amoniaco al poseer un olor fuerte facilita la detección de fugas de refrigerante y corregirlas rápidamente. Mayor tolerancia a la contaminación con agua: La entrada de agua a un sistema grande es casi inevitable y una cantidad moderada de agua en amoniaco no causa problemas. Comportamiento favorable con aceite: Debido a que el aceite y el amoniaco se separan, el aceite que se acumula en los componentes del lado de baja presión puede ser drenado fácilmente. Menores diámetros de los tubos: Tubos mas chicos se pueden utilizar con amoniaco, por lo tanto, el costo de las tuberías en una planta grande es menor a la caída de presión del refrigerante es menor para un mismo tamaño de los tubos. El amoniaco no causa la destrucción de la capa de ozono o calentamiento global: Una razón importante por la que el amoniaco ahora se considera como un reemplazo por los CFs es que el amoniaco es benigno al medio ambiente. 3.1.15 Costo de refrigerante. El amoníaco es el refrigerante más barato en la actualidad. Eso es debido a que la mayor aplicación de este no es en la refrigeración, sino en usos agrícolas, por lo que el costo para refrigeración es bastante modesto. El precio cuando es comprado en grandes volúmenes oscila entre 0.55 y 1.75 U.S.D. por Kilogramo. Este precio representa aproximadamente un sexto del precio del R-22. Los refrigerantes nuevos son excesivamente caros (están entre 11 y 18 U.S.D. por kilogramo) por esta razón el costo de la carga inicial de refrigerante y el costo de reposición de refrigerante perdido es mucho más caro que con el amoníaco. Las diferentes propiedades termodinámicas de los refrigerantes resultan en ciclos con eficiencias diferentes. Es muy común escuchar decir que el amoníaco es el refrigerante más eficiente. Esto lo es muy probablemente para la refrigeración industrial. Pero en el caso del HCFC-123 en su ciclo ideal es mucho más eficiente que el amoníaco, la inconveniencia de este refrigerante es que debe ser manejado a altas presiones y únicamente es utilizado en compresores centrífugos. Para el caso de este proyecto y por todas las características antes mencionadas, se trabajara con el refrigerante 22 (R-22). 63 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3.2 Cálculo del ciclo termodinámico. Para el calculo de nuestro sistema de refrigeración directo o por compresión de vapores, se analizan diez parámetros para el ciclo de refrigeración que estará trabajando con R-22 (refrigerante 22). 3.2.1 Cálculo para establecer las condiciones de trabajo. Tenemos como primer parámetro establecer los “niveles de presión” (baja presión y alta presión) en el diagrama de Mollier del R-22. Para la condición de baja presión y baja temperatura tenemos el siguiente modelo matemático: Tsucc. = Treq. – 8 a 10 ºF Donde: Tsucc. = Temperatura de succión o temperatura del refrigerante al entrar al compresor. Treq. = Temperatura requerida o de diseño al que se desea conservar la sustancia (leche). Ver figura 3.2 (a) Para la zona de alta presión y alta temperatura, tenemos un transmisor de calor o intercambiador de calor llamado condensador. Estos condensadores se dividen en: Condensadores enfriados por agua (son usados en sistemas de alta capacidad). Ver figura 3.2 (b). 64 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Figura 3.2 (b) Su modelo matemático es: Tdesc. = TB.H + 40 ºF Donde: Tdesc. = Temperatura de descarga o temperatura del refrigerante a la salida del compresor. TB.H = Temperatura de bulbo húmedo. Condensadores enfriados por aire (para sistemas de mediana capacidad). Ver la figura 3.2 (c). Figura 3.2 (c) Para el cálculo de nuestro sistema de refrigeración, se tendrá un condensador enfriado por aire ya que este es utilizado en sistemas comerciales de mediana capacidad. Teniendo como datos: Temperatura requerida=33 ºF (1ºC) TB.S. = 90 ºF (33ºC) Temperatura del medio ambiente (Ver tabla) ΤSUCC = 33º F − 10º F = 23º F (-5ºC) Tdesc . = 90 º F + 15 º F = 105 º F (40.5ºC) 65 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Los ingenieros calculamos bajo condiciones críticas, tomamos los valores críticos y los graficamos en el diagrama de Mollier para trazar nuestro ciclo termodinámico, como se muestra en el diagrama de anexos. TABLA DE RESULTADOS PUNTOS Volumen Especifico 3 (ft / lb) ----0.88 0.21 ----- Entalpía (BTU / lb) 33 106.5 116.5 33 1 2 3 4 Presiòn 2 (lb / pulg ) 62 62 160 62 3.2.2 Niveles de presión. Son los límites mínimos y máximos con los que trabaja el sistema y se localizan en el diagrama de Mollier del R-22. Observar la figura 3.2 (e). Figura 3.2 (e). Se leen del diagrama los siguientes valores: Alta Presión = 160 lb/plg2 Baja Presión = 62 lb/plg 2 3.2.3 Relación de compresión. 66 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Este parámetro es, como su nombre lo indica, una relación del valor de alta presión entre el valor de baja presión que se leen del diagrama de mollier. Es un parámetro que nos sirve para hacer una buena selección del compresor. Operabilidad de la máquina térmica conducida (compresor). Con el modelo matemático y sustituyendo los valores se tiene: RC = Alta Pr esión Baja Pr esión 160 RC = 62 RC = 2.58 R.C. = A.P. B.P 3.2.4 Efecto refrigerante. Es la diferencia de entalpías que se realiza en el evaporador. Este parámetro termodinámico sirve para hacer el estudio de la capacidad de absorción que tiene el refrigerante. Parámetro que sirve para determinar la capacidad que tiene 1 lbm de refrigerante para absorber calor latente bajo ciertas condiciones de Presión y Temperatura Su modelo matemático es: E.R.= ∆h= h 2 –h1 (BTU/Lb) Donde: E.R. =Efecto refrigerante. h 1= entalpía inicial. h 2= entalpía final. Sustituyendo los valores: ER = h2 − h1 ER = 106.5 − 33 BTU ER = 73.5 lb 3.2.5 Flujo masico o gasto masico. Este parámetro es la cantidad de refrigerante requerido en el sistema en función del tiempo. Su modelo matemático es: ωR = Sustituyendo valores: 200 ⋅ TR 12000 ⋅ TR = E.R. E.R. 67 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 200TR ER 200 * 35 ωR = BTU 73.5 lb lb ω R = 95.23 min ωR = ωR = 12000 × 35 = 5753.4 Lb / Hr 73 3.2.6 Potencia del compresor. Este es un parámetro de la maquina. Su modelo matemático es: Pc = ω R × ∆hc × k (HP) Donde: Pc = potencia del compresor (HP). ωR = flujo masico(lb/min). ∆hc= diferencia de entalpías en el compresor en el punto de succión y descarga (BTU/lb) k= 0.02357 factor de conversión (HP/BTU/min). Sustituyendo valores: PC = ∆hcomp * ω R * K ∆hcomp = h3 − h2 BTU BTU − 106.5 lb lb BTU = 10 lb ∆hcomp = 116.5 ∆hcomp BTU lb * 95.23 * 0.02357 lb min PC = 22.44 HP PC = 10 68 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3.2.7 Coeficiente de rendimiento. Este parámetro es para demostrar el mejoramiento del sistema y así saber si el sistema de refrigeración está en los límites de calidad. Su modelo matemático es: C.R = Donde: E.R ∆hc C.R.= Coeficiente de rendimiento. ∆h comp = Diferencia de entalpías en el punto de succión y descarga del compresor. E.R. = Efecto refrigerante. Sustituyendo valores: CR = ER ∆ h comp BTU lb CR = BTU 10 lb 73 . 5 CR = 7 . 35 3.2.8 Temperatura de descarga del compresor. La temperatura de descarga del compresor la conocemos por medio del diagrama de mollier del R-22 o por medio de los modelos matemáticos Tdesc = TBS + 15°F Tdesc = 90°F + 15°F T desc = 105°F 3.2.9 Velocidad del compresor. Con el siguiente modelo se calcula las RPM, pero en nuestro proyecto no calcularemos este parámetro porque es un dato que nos proporciona el fabricante de dichas máquinas, este modelo se utiliza para el diseño de la máquina ya que para calcularlo debemos conocer la longitud, diámetro y numero de cilindros. 69 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. η= νd πD 4 RPM 2 ×l ×i 3.2.10 Volumen desplazado por la maquina (compresor). Este parámetro es la cantidad de refrigerante que desplaza el compresor en función del tiempo. De acuerdo al parámetro de relación de compresión, el rendimiento volumétrico es proporcionado por los fabricantes. El valor del rendimiento volumétrico se toma de tablas que proporciona el fabricante para nuestro caso se utilizara el valor ηv =75.3% = 0.753. Con el modelo matemático y sustituyendo valores tenemos: νd = ω R ×ν ην (ft3/min) Donde: Vd= volumen desplazado por el compresor. (ft3/min) ωR = flujo masico(lb/min). 3 v = 0.94 ft /lb volumen especifico que se lee del diagrama en el punto de succión. 3.2.11 Calor disipado en el condensador. Este parámetro es la cantidad de calor que pierde el refrigerante en el proceso de condensación. Su modelo matemático es: Qcond . = ω R × ∆hcond . Donde: Qcond = calor disipado por el condensador. ωR = flujo masico (lb/min). ∆h cond = Diferencia de entalpías en el proceso de condensación. Sustituyendo valores: 70 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. − Qcond = ω R * ∆hcond − ∆hcond = h4 − h3 BTU BTU − 116.5 lb lb BTU = −83.5 lb − ∆hcond = 33 − ∆hcond lb BTU * (−83.5 ) hr lb BTU = −477102.3 hr − Qcond = 5713.8 − Qcond 3.3 Selección de los equipos. Sabemos que el ciclo de refrigeración está integrado por componentes, accesorios y controles. Esto es una forma de diferenciar solo para una mejor comprensión de su operación. Lo importante, es que el sistema de refrigeración pueda funcionar eficientemente, con el menor costo de operación y con la seguridad de que el compresor no va a sufrir daños. También se sabe que los componentes del sistema son aquellos, indispensables, para que el sistema de refrigeración funcione, tales son: El evaporador, el condensador, el compresor, y el regulador de flujo que bien puede ser un tubo capilar o una válvula de expansión; con estos cuatro componentes integrados por la tubería, y con refrigerante, el sistema funciona y enfría. Los accesorios como su nombre lo indica, son dispositivos secundarios que servirán para proteger, controlar, supervisar, o mejorar algo en el sistema y se utilizarán sólo aquellos que sean necesarios. Cabe recordar que el sistema más eficiente será el que tenga menor cantidad de accesorios, conexiones y longitud de tubería, además de que estas sean de diámetro adecuadas. 3.3.1 Selección del equipo para la cámara de conservación. Primeramente seleccionaremos el evaporador o los evaporadores que nos proporcionen la capacidad requerida. Para seleccionar dichas unidades tenemos que tomar en cuenta los siguientes factores: Carga Térmica T.R Tipo de Refrigerante. 71 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Temperatura de diseño. Temperatura de succión de saturación. Tipo de deshielo. En segundo paso seleccionaremos la unidad condensadora o las unidades condensadoras que nos proporcionen la capacidad requerida. Se le llama unidad condensadora al conjunto formado por el compresor, la línea de descarga, el condensador y en algunos casos también al recibidor y por lo regular están ensamblados sobre una estructura metálica. Este arreglo tiene como función recibir al refrigerante que viene del evaporador en forma de vapor y comprimirlo para después condensarlo pasándolo a su estado líquido en el condensador. Para seleccionar este tipo de unidades tenemos que tomar en cuenta los siguientes factores: La carga Térmica T.R. Tipo de refrigerante. Temperatura de sección (diseño). Temperatura de evaporación. Temperatura de condensación. Tipo de compresor. Relación de compresión. Por ultimo seleccionaremos la válvula o las válvulas de expansión correspondiente para dichas unidades. Para seleccionar dicha válvulas debemos tomar en cuenta los siguientes factores: La carga térmica T.R. Tipo de refrigerante. Tipo de igualador. Diferencial de presión a través de la válvula en las condiciones de operación. Temperatura de evaporación. Temperatura de condensación. Tipo de unión. 3.3.2 Selección del Evaporador Para la selección del evaporador consideramos los siguientes factores: Carga Térmica: 420509.8483 BTU/hr = 123.1297 KW Tipo de refrigerante a emplear: R-22 Temperatura de succión de saturación: 23ºF (-4ºC) Tipo de deshielo: Por Aire Se proponen 3 evaporadores. De acuerdo a las condiciones establecidas anteriormente tenemos que la carga térmica por evaporador debe ser: 72 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Carga térmica por evaporador = 41.08 KW = 140000 BTU/hr De lo anterior concluimos que en la selección del evaporador, este deberá tener una capacidad mínima de: Capacidad mínima = 41.08 KW = 140000 BTU/hr Retomando las condiciones dadas en un principio y la carga térmica del evaporador, ingresamos a los catálogos del fabricante que en este caso es Bohn, donde encontramos el catalogo (ver anexo) que es para evaporadores grandes con deshielo por aire para mediana temperatura modelo BHA. Por lo tanto entramos al catalogo con la temperatura de succión de saturación de -4ºC (23ºF) y una ∆T de 5ºC (10ºF), donde encontramos que para una capacidad mínima de = 41.08 KW = 140000 BTU/hr obtuvimos el siguiente modelo. Modelo: Presenta una capacidad de 41.02 KW (140000 BTU/hr) Por lo tanto vemos que estos evaporadores si nos dan la capacidad requerida y seleccionamos: 3 EVAPORADORES Modelo: BHA-1400 Capacidad: 41.02 KW (140000 BTU/hr) Datos del ventilador Cantidad de aire que mueve = 35200 m 3/hr (20700 PCM) Numero de ventiladores = 3 Diámetro del ventilador = 762 mm (30plg) Tiro de aire = 30 m (100 ft) Datos de motor. Horse power c/u 1Hp Tipo de corriente = 208-230/3/60 Consumo de corriente por ventilador = 13.80 Amps. Especificaciones. Todas las conexiones son soldables. Diámetro de entrada del serpentín = 41.27 mm (1-5/8”) DE Diámetros de succión = 53.975 mm (21/8”) DE 73 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Igualador externo = 6.35 mm (1/4”) DE Dren: 31.75mm (1-1/4”) RTH Peso neto aproximado = 360 Kg (800lb) Dimensiones Largo = 3439 mm (135 13/32 pulg) Ancho = 906 mm (35 21/32 pulg) Alto = 1130 mm (44 ½ pulg) Diseño del serpentín El nuevo diseño del serpentín Termo Flex, permite que el serpentín se flexione durante los períodos de deshielo. Eliminando la posibilidad de desgaste en las áreas de esfuerzo crítico, evitando con estas pérdidas costosas de refrigerante debido a fugas en el sistema, así como también se consigue que su vida e integridad del evaporador sean aumentadas consideradamente. 3.3.3 Selección de la unidad condensadora. Para seleccionar la unidad condensadora tomamos en cuenta los siguientes factores: Carga Térmica: 420509.8483 BTU/Hr (123.24KW) Tipo de refrigerante a emplear: R-22 Temperatura de succión: 34ºF (1ºC) Temperatura de evaporación = 23ºF (-4ºC) Temperatura de condensación = 80ºF (27ºC) Tipo de compresor = Semi- Hermético Con el Diagrama de Mollier obtenemos la presión correspondiente a la temperatura de evaporación y la temperatura de condensación, Las cuales nos ayudarán para realizar el cálculo de la relación de compresión. La cual ya se realizó anteriormente y que nos dio de 2.58. Establecemos que será una unidad condensadora por evaporador, por lo tanto la carga térmica que absorbe cada evaporador será la misma carga térmica a rechazar en cada unidad condensadora. Q condensador = 420509.8483 BTU/Hr (123.24KW) Tomando en cuenta los datos anteriores se procede a seleccionar en el catalogo del fabricante de unidades condensadoras que cumpla con las condiciones mínima de diseño. 74 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Por lo tanto como nuestro fabricante es Bohn entramos a su catalogo 573.0/APM, que es para unidades condensadoras de uso interior, modelo BRI/BDI de 3/4 a 30 HP y compresor Semi-Hermético. Por lo tanto entramos al catalogo con la temperatura de evaporación que es de -4ºC (27ºF) y el tipo de refrigerante R-22, donde encontramos que para una capacidad mínima de 41.02 KW (140000 BTU/Hr) obtuvimos el siguiente modelo. Modelo: BDT – 1500H2 Presenta una capacidad de 40.25 KW (137400 BTU/Hr) Por lo anterior vemos que estas unidades condensadoras si nos dan la capacidad requerida y seleccionamos: 2 UNIDADES CONDENSADORAS MODELO Capacidad: 40.7679 KW (139230 BTU/hr) Datos del ventilador Cantidad de aire que mueve = 35200 3 m /hr (20700 PCM) Numero de ventiladores = 3 Diámetro del ventilador = 762 mm (30plg) Tiro de aire = 30 m (100 ft) Modelo: BDT – 1500H2 Datos de motor. Horse power c/u 1Hp Tipo de corriente = 208-230/3/60 Consumo de corriente por ventilador = 13.80 Amps. Especificaciones. Compresor: Semi – Hermético, Modelo 3DS3-150E Horse Power: 15 H.P Conexión de líquido: 22.22 mm (7/8”) Conexión de succión: 41.30 mm (1 5/8”) Capacidad del recibidor al 80%: 50.40 Kg (11 lb) Condensador enfriado por aire Peso aproximado de la unidad condensadora: 635 Kg (1400 lb) Datos eléctricos: Alimentación de energía: 208-230/3/60 75 Compresor: RLA ________59.6 LRA ________275 Motor ventilador del condensador: Número de Ventiladores: 3 Horse Power = ¾ HP FLA = 13.2 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Dimensiones: Largo: 2600 mm (102 ½ pulg) Ancho: 1070 mm (42 ¼ pulg) Alto: 1240 mm (48 ¾ pulg) Nota: El serpentín de tubos de cobre del condensador y las aletas de aluminio de alta eficiencia, cuenta con un recubrimiento contra la corrosión ambiental tipo Gold Bohn lo que le permite, contar con una mayor durabilidad a la unidad condensadora. Para toda clase de aplicaciones: • Condensadores • Evaporadores. • Enfriadores de aceite. • Aire acondicionado residencial. • Aire acondicionado de autobuses, etc. 76 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CAPITULO 4 ESTABLECIMIENTO DE UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PARA LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÒN Todo proyecto de ingeniería debe seguir un programa de mantenimiento que nos ayude a prevenir posibles fallas en el sistema así como proporcionar soluciones ante dichos problemas señale las fallas mas frecuentes. Es por ello que a continuación se describe un programa de mantenimiento para nuestro equipo (BOHN), que menciona los puntos mas esenciales según el fabricante que pueda ayudarnos a atender y prever fallas en el sistema. Para ello es necesario conocer lo que es y como se lleva a cabo un programa de mantenimiento, para esto citamos a continuación los puntos más representativos. 4.1 Mantenimiento. Es un servicio que agrupa una serie de actividades cuya ejecución permite alcanzar un mayor grado de confiabilidad en los equipos, máquinas, construcciones civiles, instalaciones. 4.1.1 Objetivos del mantenimiento. Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados. Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar. Evitar detenciones inútiles o para de máquinas. Evitar accidentes. Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas. Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de operación. Balancear el costo de mantenimiento con el correspondiente al lucro cesante. Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes. El mantenimiento adecuado, tiende a prolongar la vida útil de los bienes, a obtener un rendimiento aceptable de los mismos durante más tiempo y a reducir el número de fallas. Decimos que algo falla cuando deja de brindarnos el servicio que debía darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el bien en cuestión. 77 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 4.1.2 Tipos de mantenimiento. Se reconocen 3 tipos de mantenimiento (los más generales) son clasificados en: Mantenimiento Preventivo. Mantenimiento Predictivo. Mantenimiento Correctivo. Mantenimiento preventivo. La finalidad del mantenimiento preventivo es: Encontrar y corregir los problemas menores antes de que estos provoquen fallas. El mantenimiento preventivo se diseñó con la idea de prever y anticiparse a los fallos de las máquinas y equipos. Mantenimiento Predictivo. Se habla de mantenimiento predictivo cuando se ejecutan acciones de inspección, pero no es predictivo el hecho de medir las variables de vibraciones con el mejor equipo del mundo. Es por esto que el mantenimiento predictivo es muy complejo. Se puede definir como mantenimiento predictivo a la ejecución de las acciones de mantenimiento en función del estado técnico real del equipo, a partir de la medición y seguimiento de algún parámetro síntoma y la intervención según niveles deseados, permisibles o de alarma. A partir de aquí, el mantenimiento predictivo es: Medición de Variables que identifiquen un parámetro, síntoma, conocido como “Monitoreado de estado”. Este monitoreado de estado, se ejecuta planificando inspecciones, que son ejecutadas según una frecuencia, prevista en función de las características de la variable en cuestión y el parámetro o síntoma identificado. En síntesis, el mantenimiento predictivo se ejecuta en función de las mediciones, análisis y diagnósticos ejecutados en los equipos, que caracteriza en este caso la disminución del desempeño. Mantenimiento Correctivo. El Mantenimiento Correctivo es entendido como aquellas acciones (planificadas o NO) que tienen como objetivo reestablecer el nivel de desempeño de un Equipo/Sistema, después de la ocurrencia de una falla, que puede ser esperada o no. En función de este concepto, podemos identificar dos factores. Primero, que las acciones y sus elementos pueden ser planificadas o NO, lo que implica que se espere la ocurrencia de la falla, con todos los recursos disponibles para su solución, pero no está programada (fecha de ejecución), lo cual marca una diferencia. El segundo factor, es que la ocurrencia de la falla puede ser esperada o NO, puesto que se trabaja, en este caso, el equipo/sistema hasta que entre en estado de falla, bajo determinadas condiciones específicas que así lo identifican, fundamentalmente el criterio costo; donde los costos de evitar la falla (Planificar una acción Preventiva o Predictiva) son mucho mayores que el costo de indisponibilidad en que se incurre si ocurriera la no conformidad. Está claro que esto incluye una ausencia de riesgos operacionales y a la vida humana, así como riesgos de afectaciones al medio ambiente, 78 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 4.1.3 Clasificación de las fallas. Fallas Tempranas. Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje. Fallas adultas Son las fallas que presentan mayor frecuencia durante la vida útil. Son derivadas de las condiciones de operación y se presentan más lentamente que las anteriores (suciedad en un filtro de aire, cambios de rodamientos de una máquina, etc.) Fallas tardías. Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma lenta y ocurren en la etapa final de la vida del bien (envejecimiento del aislamiento de un pequeño motor eléctrico, perdida de flujo luminoso de una lámpara, etc. 4.2 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema. 4.2.1 Evaporadores. Todos los evaporadores deben revisarse una vez al mes o más a menudo para obtener un deshielo adecuado, debido a que la cantidad y tipo de escarcha puede variar considerablemente Lo anterior depende de la temperatura de la cámara, el tipo de producto almacenado, de la frecuencia de almacenaje, el producto nuevo de la cámara y del porcentaje en tiempo que la puerta está abierta. Puede ser necesario cambiar periódicamente el número de ciclos del deshielo o ajustar la duración del deshielo. 4.2.2 Unidades condensadoras / evaporadores. Bajo condiciones normales, el mantenimiento debe cubrirlos siguientes puntos por lo menos una vez cada seis meses. 1) 2) 3) 4) Revise y apriete todas conexiones eléctricas. Revise todo el cableado y aislamientos. Revise el correcto funcionamiento de los contactores y el desgaste de los puntos de contacto. Revise todos los motores de los ventiladores. Ajuste los pernos de montaje del motor / tuercas y ajustar los tornillos posicionamiento del ventilador. 5) Limpie la superficie del serpentín del condensador. 6) Revise el nivel de aceite y refrigerante en el sistema. 7) Revise el funcionamiento el sistema de control. Asegúrese de que los controles de seguridad estén funcionando adecuadamente. 79 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 8) 9) 10) 11) Revise todos los controles de deshielo estén funcionando adecuadamente. Limpie la superficie del serpentín del evaporador. Limpie la charola de drenado y revise que se tenga el correcto drenado en la charola y la línea. Cheque la resistencia de la tubería dren para una operación adecuada, cortarla del tamaño requerido y fijarla adecuadamente. 12) Revise y apriete todas las conexiones tipo flare. 4.2.3 Posibles fallas del evaporador y su solución. Estos son algunos de los problemas más frecuentes que impiden el buen funcionamiento de estos equipos: CASO 1. “El o los ventiladores no funcionan”. Posibles Causas. • El interruptor principal se encuentra abierto. • Los fusibles están fundidos. • Motor defectuoso. • Reloj o termostato de deshielo defectuoso. • Se está deshielando el evaporador • El serpentín no se enfría lo suficiente para restablecer el termostato. Medidas correctivas posibles. • Cierre el interruptor • Reemplace los fusibles. Revise si hay algún corto circuito ó condiciones e sobrecarga• Reemplace el motor. • Reemplace el componente defectuoso. • Espere a que se complete el ciclo• Ajuste el termostato de retardador del ventilador, vea la sección del termostato de deshielo. CASO 2. “La temperatura de cuarto demasiado alta”. Causas posibles. • Calibración demasiado alta del termostato de cuarto. • Sobrecalentamiento demasiado alto. • Sistema bajo de refrigerante. • Serpentín bloqueado o escarchado. Medidas correctivas posibles. • Ajustar el termostato. • Ajustar la válvula de expansión termostática. • Agregue refrigerante. • Deshiele el serpentín manualmente. Revise que los controles de deshielo funcionen correctamente. 80 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CASO 3. “Acumulación de hielo en el techo, alrededor el evaporador y/o guardas del ventilador, venturi y hojas del ventilador”. Causas posibles. • Duración del deshielo demasiado alto. • El retardador del ventilador no retarda los ventiladores después del período de deshielo. • Reloj o termostato del deshielo defectuoso. • Demasiados deshielos. Medidas correctivas posibles. • Ajustar el termostato de terminación e deshielo. • Termostato de deshielo defectuoso o mal ajustado. • Reemplace el componente defectuoso. • Reduzca el número de deshielo. CASO 4. “Serpentín escarchado o boqueado durante el ciclo de deshielo”. Causas posibles. • Temperatura del serpentín no alcanza una temperatura superior al punto de congelación durante el deshielo. • Insuficientes ciclos de deshielo por día. • Ciclo de deshielo demasiado corto. • Reloj o termostato de deshielo defectuoso. Medidas correctivas posibles. • Revise el funcionamiento de las resistencias. • Ajuste el reloj para más ciclos de deshielo. • Ajuste el termostato de deshielo o reloj para ciclo más largos. • Reemplace el componente defectuoso. CASO 5. “Acumulación de hielo en la charola de drenado”. Causas posibles. • Resistencia defectuosa. • Inadecuada inclinación de la unidad. • Línea de drenado tapada. • Resistencia de la línea de drenado defectuosa. • Reloj o termostato defectuoso. Medidas correctivas posibles. • Reemplace la resistencia. • Revise y ajuste si es necesario. • Limpie la línea de drenado. • Reemplace la resistencia. • Reemplace el componente defectuoso. 81 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CASO 6. “Congelación del serpentín inesperado”. Causas posibles. • Resistencia defectuosa. • Localización del evaporador muy próxima a la puerta o a la entrada. • Ajuste del deshielo bajo el tiempo de terminación del deshielo. • No tiene la esprea del distribuidor o no es la correcta. Medidas correctivas posibles. • Cambie la resistencia. • Reubique el evaporador. • Suba más alto el ajuste del control de terminación del deshielo. • Agregue la esprea o reemplace la por la del orificio adecuado para las condiciones. 4.2.4 Posibles fallas el sistema y su solución CASO 1. “El compresor no funciona”. Causas posibles. • Interruptor principal abierto. • Fusible fundido. • Los protectores térmicos de sobrecarga abren. • Contactor o bobina defectuosa. • No se requiere enfriamiento. • El solenoide de la línea de líquido no abre. • Problemas en el motor eléctrico. • El cableado esta suelto. • Monitor de caída inoperante. Medidas correctivas posibles. • Cierre el interruptor. • Revise si hay algún corto circuito o toma a tierra en los circuitos eléctricos o el embobinado del motor. Investigue la posibilidad de descarga. Cambie el fusible después de haber corregido el problema. • Los protectores de sobrecarga se reemplazan automáticamente. Examine la unidad rápidamente una vez que esta vuelva a operar. • Repare o reemplace. • Determine el tipo y la causa del paro y solucione el problema antes de restablecer el interruptor de seguridad. • Ninguna. Espere hasta que lo vuelva a requerir. • Repare o reemplace la bobina. • Revise si el motor tiene desconexiones, corto circuito o está quemado. • Revise todas las uniones del cableado. Apriete todos los tornillos terminales. 82 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CASO 2. “Compresor ruidoso o vibra”. Causas posibles. • Inundación del refrigerante dentro del cárter. • Soporte inadecuado de las tuberías de la línea de líquido y su succión. • Compresor deteriorado o desgastado. • Rotación invertida del compresor o scroll. Medidas correctivas posibles. • Revise el ajuste de la válvula de expansión. • Vuelva a colocarla, elimine o añada abrazaderas según sea necesario. • Reemplácelo. • Recablee para cambiar de fase. CASO 3. “Presión de descarga alta”. Causas posibles. • Gases no condensables en el sistema. • Sistema de sobrecargado de refrigerante. • Válvulas de servicio de descarga parcialmente cerrada. • El ventilador no funciona. • Control de alta presión mal calibrado. • Serpentín del condensador sucio. Medidas correctivas posibles. • Elimine los gases no condensables. • Elimine excesos de refrigerante. • Abra la válvula completamente. • Revise el circuito eléctrico. • Ajuste. • Límpielo. CASO 4. “Presión de descarga baja”. Causas posibles. • Regulación incorrecta de la temperatura del condensador. • La válvula de servicio de succión se encuentra parcialmente cerrada. • No hay suficiente refrigerante en el sistema. • Presión de succión baja. • Funcionamiento variable de la válvula de la presión del lado de alta. 83 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Medidas correctivas posibles. • Compruebe el funcionamiento del control del compresor. • Abra la válvula completamente. • Revise contrafugas del sistema. Repare y agregue refrigerante. • Consulte las medidas correctivas indicadas para caso de presión de succión baja. • Revise el ajuste de la válvula. CASO 5. “Presión de succión alta”. Causas posibles. • Carga excesiva. • Sobrealimentación de la válvula de expansión. Medidas correctivas posibles. • Reduzca la carga o agregar más equipo. • Revise el bulbo sensor. Regule el sobrecalentamiento. CASO 6. “Presión de succión baja”. Causas posibles. • Falta de refrigerante. • Evaporador sucio o escarchado. • Filtro deshidratador de la línea de líquido obstruido. • Línea de succión o filtros del gas de succión de compresor obstruido. • Mal funcionamiento de la válvula de expansión. • Temperatura de condensación demasiado baja. • V.E.T. inadecuada. Medidas correctivas posibles. • Revise contrafugas al sistema, repare y agregue refrigerante. • Límpielo. • Cambie él o los cartuchos. • Limpie los filtros. • Revísela y vuelva a ajustarla para el calentamiento adecuado. • Revise los accesorios para regulación para la temperatura de condensación. • Revise que la capacidad de la V.E.T. sea la adecuada. CASO 7. “Presión de aceite baja o inexistente”. Causas posibles. • Filtro de succión de aceite obstruido. • Liquido excesivo en el cárter. • El interruptor de seguridad para la presión baja del aceite esta defectuoso. • Bomba de aceite deteriorada o desgastada. • El mecanismo de inversión de la bomba de aceite está bloqueado en una posición incorrecta. 84 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. • • • • Los cojinetes están desgastados. Bajo nivel del aceite. Conexiones sueltas o flojas en la línea de aceite. La junta de la carcasa de la bomba tiene fugas. Medidas correctivas posibles. • Límpielo. • Revise el calentador del cárter. Ajuste la válvula de expansión para sobrecalentamientos más altos. Compruebe el funcionamiento de la válvula de solenoide de la línea de líquido. • Reemplácelo. • Cambie la bomba de aceite. • Invierta la rotación del compresor. • Cambie el compresor. • Agregue aceite • Revise y apriete todas las conexiones del sistema. • Reemplace la junta. CASO 8. “Perdida de aceite en el compresor”. Causas posibles. • Falta de refrigerante. • Desgaste excesivo de los anillos del compresor. • Inundación de refrigerante en el compresor. • Tuberías o tapas inadecuadas. Medidas correctivas posibles. • Revise si hay fugas y repórtelas. Agregue refrigerante. • Cambie el compresor. • Mantenga el sobrecalentamiento adecuado en el compresor. • Corrija la tubería. CASO 9. “El interruptor del protector térmico del compresor abierto”. Causas posibles. • Funcionamiento más allá de las condiciones de diseño. • Válvula de descarga parcialmente cerrada. • Junta de plato de válvulas sopladas. • Serpentín de condensador sucio. • Sistema sobrecargado. Medidas correctivas posibles. • Añada elementos o dispositivos para que las condiciones se encuentre dentro de los límites permitidos. • Abra la válvula completamente. • Reemplace la junta. • Limpie el serpentín. 85 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. CONCLUSIONES En la actualidad las ventajas que nos brinda el almacenamiento del producto refrigerado, en nuestro caso leche, es evitar grandes pérdidas por los excedentes estaciónales de producción cuando el mercado no es capaz de absorberlo y distribuirlo mejor durante todo el año, favoreciendo así al comercio y obteniendo en algunos casos mayores ganancias. En este proyecto se puede comprobar que el sistema de refrigeración por compresión de vapores intalado con equipos y accesorios de la marca Bohn resulta diferente de los demás sistemas tradicionales. Este sistema de refrigeración se recomienda aplicarlo exclusivamente a la Industria o almacenes frigoríficos de mediana capacidad, ya que requiere de una inversión considerable, para su instalación, que con el tiempo resulta más rentable. Además es importante en el sistema conocer las características del refrigerante “R-22” así se recomienda para su instalación de tuberías y accesorios usar, metales no ferrosos, como cobre y bronce. De lo anterior expuesto se concluye que utilizando este sistema de refrigeración Bohn, se obtiene una alta eficiencia; generándose con esto nuestro objetivo, teniendo así una buena calidad del producto almacenado que es el fin que perseguimos. 86 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. BIBLIOGRAFIA HERNANDEZ GORIBAR E. Fundamentos de aire acondicionado y refrigeración Ed. Limusa México, 1975 DOSSAT J. ROY Principios de refrigeración Ed. Continental México, 1980 ASHRAE Manual de refrigeración Ed. American society of Heating Refrigerating and conditiong dir engineers W. F STOECKER Refrigeración y acondicionamiento de aire Ed. Mc Graw-Hill México LOPEZ MALDONADO AGUSTIN Apuntes de Refrigeración México, 2007 JENNIGS – LEWIS Aire acondicionado y refrigeración Ed. Continental México, 1979. 87 TABLA 1. COEFICIENTES DE TRANSMISIÓN DE CALOR MATERIAL MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Concreto, arena y grava Ladrillo común Ladrillo de fachada Yeso para estucar, arena MATERIAL AISLANTE Capa de fibra de vidrio Placa de corcho Poliestireno Poliuretano TECHOS Loza de concreto Tejas de madera Techo prefabricado DENSIDAD Lb/pie CONDUCTIVIDAD k 140 120 12 5 9 0.5 6.5-8 0.32 0.25 0.22 0.11 70 12 0.32 PISO Lozeta Alfombra- con bajo alfombra de fibra MATERIALES PARA ACABADOS Placa de asbesto-cemento Yeso de ½” Triplay 1.8 0.35 120 50 34 4 0.8 TABLA 2. CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y PROPIEDADES DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS. PRODUCTO TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO ºF HUMEDAD RELATIVA DURACIÓN APROXIMADA -15 -15 40 ---33 45 – 55 45 – 55 32 – 40 -10 – 0 30 – 45 ---------------baja baja 80 – 85 80 – 85 65 – 70 Varios meses Varios meses Varios meses 1 año 7 días Varios meses Varios meses 2 meses 1 año ---- PRODUCTOS LACTEOS Crema (endulzada) Helados Leche condensada y endulzada Leche evaporada Leche pasteurizada grado A Leche en polvo completa Leche en polvo sin grasa Mantequilla Mantequilla Queso TABLA 3. CAMBIOS DE AIRE CADA 24 HORAS EN CUARTOS FRÌOS DEBIDOS A AL APERTURA DE PUERTAS E INFILTRACION. VOLUMEN m3 VOLUMEN ft3 CAMBIOS DE AIRE CADA 24 HORAS 6 8 11 14 17 23 28 42 57 85 113 142 170 226 283 425 566 708 850 1133 1416 2124 2832 200 300 400 500 600 800 1000 1500 2000 3000 4000 5000 6000 8000 10000 15000 20000 25000 30000 40000 50000 75000 100000 44.0 34.5 29.5 26.0 23.0 20.0 17.5 14.0 12.0 9.5 8.2 7.2 6.5 5.5 4.9 3.9 3.5 3.0 2.7 2.3 2.0 1.6 1.4 TABLA 4. CALOR DISIPADO POR LOS MOTORES ELÉCTRICOS. BTU / (HP)(HORA) HP DEL MOTOR Motor y Ventilador dentro del cuarto De 1/8 a ½ Motor fuera y Ventilador dentro Motor dentro y Ventilador fuera 4,250 2,545 1,700 De ½ a 3 3,700 2,545 1,150 De 3 a 20 2,950 2,545 400 TABLA 5. CALOR DISIPADO POR LAS PERSONAS DENTRO DEL ESPACIO REFRIGERADO. TEMPERATURA DE LA CÁMARA EN ºF CALOR DISIPADO POR PERSONA BTU/HR 50 720 40 840 30 950 20 1050 10 1200 0 1300 -10 1400 TABLA 6. CARACTERISTICAS DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS Producto Temperatura promedio de congelación °F Calor especifico BTU/lb. °F Porcentaje de Agua Arriba del punto de Congelación Abajo del punto de Congelación Calor latente de fusión BTU/lb. Calor de evolución BTU por (24 hrs.) (ton) a la Temp. indicada °F BTU 32 770 68 32 40 35 8400 460 1070 830 45 1420 35 50 1500 1500 Peras Piñas Plátanos Toronjas 28.5 29.4 28 28.4 83.5 85.3 74.8 88.8 0.86 0.88 0.80 0.91 0.45 0.45 0.42 0.46 118 123 108 126 Uvas Uva-espín 26.3 28.9 81.7 88.3 0.86 0.90 0.44 0.46 116 126 28 85-95 5 92 55 0.24 1.00 0.30 0.93 0.38 0.78 0.21 7 0.55 40 0.28 0.45 0.41 96 100 0.76 0.40 100 87.5 70.9 0.93 0.77 0.49 0.41 124 102 30-0 15 18 32-37 58 0.52 0.64 0.35 0.70 0.75 0.34 0.26 0.34 15 26 46-53 40 1420 17 18 19 3 15 60 60 55 55 55 0.64 0.70 0.70 0.65 0.64 0.40 0.36 0.40 0.40 0.32 0.36 79 86 86 79 79 40 40 40 45 40 4680 4920 4920 4000 4660 Varios Azúcar Cerveza Chocolate Dulces Harina Helados Huevos congelados Huevos frescos Leche Levadura Lúpulo Malta Manteca Mantequilla Miel de abe Pan Pasta d pan Pieles Queso ame. Q/Camambert Q/Limburger Q/Roquefort Q/Suizo 27-0 27 13.5 58-66 27 31 TABLA 7. TEMPERATURAS EXTERIORES DE DISEÑO EN VERANO. LUGAR AGUASCALIENTE Aguas Calientes BAJA CALIFORNIA Ensenada Mexicali La Paz Tijuana CAMPECHE Campeche Ciudad del Carmen COAHUILA Matamoros Monclova Nueva Rosita Piedras Negras Saltillo COLIMA Colima Manzanillo CHIAPAS Tapachula Tuxtla Gutierrez CHIHUAHUA Camargo Casas Grandes Chihuahua Ciudad Juarez Parral DISTRITO FEDERAL Mexico Tacubaya DURANGO Durango Guadalupe Victoria Ciudad Lerdo Santiago Papasquiaro GUANAJUATO Celaya Guanajuato Irapuato Leon Salvatierra Silao GUERRERO Acapulco Chilpancingo Iguala Taxco HIDALGO Pachuca Tulancingo JALISCO Guadalajara Lagos de Moreno Puerto Vallarta MEXICO Texcoco Toluca MICHOACAN Apatzingan Morelia La Piedad ºC B.S. ºF ºC B.H ºF 34 93 19 66 1879 34 43 36 35 93 109 97 95 26 28 27 26 79 82 81 79 13 1 18 29 36 37 97 99 26 26 79 79 25 3 34 38 41 40 35 93 100 106 104 95 21 24 25 26 22 70 75 77 79 72 1120 586 430 220 1609 36 35 97 95 24 27 75 81 494 3 34 35 93 95 25 25 77 77 168 536 43 43 35 37 32 109 109 95 99 90 23 25 23 24 20 73 77 73 75 68 1653 1478 1423 1137 1652 32 90 17 63 2309 33 43 36 38 91 109 97 100 17 21 21 21 63 70 70 70 1898 1982 1140 1740 38 32 35 34 35 36 100 90 95 93 95 97 20 18 19 20 19 20 68 64 66 68 66 68 1754 2030 1724 1809 1761 1777 33 33 39 34 91 91 102 93 27 23 22 20 81 73 72 68 3 1250 735 1755 29 32 84 90 18 19 64 66 2445 2181 33 39 36 91 102 97 20 20 26 68 68 79 1589 1880 2 32 26 90 79 19 17 66 63 2216 2675 39 30 34 34 35 102 86 93 93 95 25 19 20 20 20 77 66 68 68 68 682 1923 1775 1611 1633 Altitud Mts. LUGAR Zacapu MORELOS Cuautla Cuernavaca NAYARIT Acaponeta San Blas Tepic NUEVO LEON Linares Montemorelos Monterrey OAXACA Oaxaca Salina Cruz PUEBLA Huauchinango Puebla Tehuacan Teziutlan QUERETARO Queretaro QUINTANA ROO Cozumel Payo Obispo SAN LUIS POTOSI Matehuala San Luis Potosi SINALOA Culiacan Escuinapa Mazatlan Topolobampo SONORA Ciudad Obregon Empalme Guaymas Hermosillo Navojoa Nogales S. Luis Rio Colorado TABASCO Villahermosa TAMAULIPAS Matamoros Nuevo Laredo Tampico Ciudad Victoria TLAXCALA Tlaxcala VERACRUZ Alvarado Córdoba Jalapa Orizaba Tuxpan Veracruz YUCATAN Mérida Progreso ZACATECAS Fresnillo Zacatecas ºC B.S. ºF ºC B.H ºF 32 90 19 66 2000 42 31 108 88 22 20 72 68 1291 1538 37 33 36 99 91 97 27 26 26 81 79 79 25 7 918 38 39 38 100 102 100 25 25 26 77 77 79 684 432 534 35 34 95 93 22 26 72 79 1563 56 37 29 34 36 99 84 93 97 21 17 20 22 70 63 68 72 1600 2150 1676 1990 33 91 21 70 1842 33 34 91 93 27 27 81 81 3 4 36 34 97 93 22 18 72 64 1597 1877 37 33 31 37 99 91 88 99 27 26 26 27 81 79 79 81 53 14 78 3 43 43 42 41 41 37 51 109 109 108 106 106 99 124 28 28 28 28 28 26 30 82 82 82 82 82 79 86 40 2 4 211 38 1177 40 37 99 26 79 10 36 41 36 38 97 106 97 100 26 25 28 26 79 77 82 79 12 140 18 321 28 82 17 63 2252 35 36 32 34 37 33 95 97 90 93 99 91 26 23 21 21 27 27 79 73 70 70 81 81 9 871 1399 1248 14 16 37 36 99 97 27 27 81 81 22 14 36 28 97 82 19 17 66 63 2250 2612 Altitud Mts.
