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Suelo y cimentaciones
En muchas de las instalaciones construidas actualmente se
usan placas de hormigón sin aislar. Las placas deben tener suficiente grado
para resistir un ambiente húmedo y proporcionar un aceptable aislamiento. Si es
una cámara de congelación deberá tener un espesor mínimo de 100 mm y R-20 o
mayor.
Condensación y humedad
Los serpentines de enfriamiento del sistema de refrigeración
deben estar más fríos que el aire en la cámara si el aire se está enfriando.
Cuanto mayor es la diferencia de temperatura, mayor es la tasa de transferencia
de calor y más pequeños (y más baratos) los serpentines de enfriamiento. Sin
embargo, en la superficie del serpentín el vapor de agua se condensa, ya sea en
forma de líquido o hielo. La condensación en el serpentín del evaporador
representa un derroche en la capacidad de refrigeración que debe minimizarse.
Permitir la entrada de aire caliente y húmedo en la cámara es particularmente
costoso porque el sistema de refrigeración no sólo enfría el aire sino que
también condensa el vapor de agua adicional.
Además de reducir sustancialmente la eficiencia energética
del sistema, la condensación de agua reduce la humedad del aire. Ya que la
humedad de almacenamiento óptima para la mayoría de los productos o más, debe
añadirse humedad con un humidificador o la diferencia entre el aire y las
temperaturas del serpentín deben ser minimizados. La diferencia de temperatura
puede reducirse incrementando el tamaño de los serpentines lo bastante como
para que el diferencial de temperatura del aire a serpentín sea menos de 3,5
ºC. El sistema será ligeramente más caro, pero los beneficios pronto pagarán la
diferencia en costes.
Si la temperatura de la cámara está por debajo de 2,2 ºC, la
temperatura del serpentín debe estar por debajo del punto de congelación, y el
hielo por tanto se acumulará en la superficie del serpentín. El hielo debe
quitarse periódicamente pro algún tipo de mecanismo de desescarche, tal como
calentadores de resistencias eléctricas, o atomización de agua caliente, o
invirtiendo momentáneamente el caudal de refrigerante. Si el sistema de
refrigeración tiene suficiente capacidad, puede dejarse 6 u 8 horas para que el
hielo se funda naturalmente sin añadir calor suplementario. Los mecanismos
diseñados específicamente para ayudar al desescarche introducen calor en la
habitación para fundir el hielo del evaporador, añadiendo así carga de
enfriamiento. La cantidad de calor añadida, aunque pequeña, debe tomarse en
cuenta cuando se calcula el tamaño de la unidad de refrigeración.
Puertas
Las puertas son una parte crítica de las instalaciones de
refrigeración. Puertas mal construidas o mantenidas derrochan gran cantidad de
energía. Las puertas tendrían el mismo aislamiento que las paredes y deben
estar bien protegidas para reducir la infiltración del aire caliente.
Tuberías
El tamaño típico de las tuberías en las cámaras frigoríficas
varía de 1” a 2” con circulación de salmuera o expansión directa.
El coste extra de la tubería será a menudo compensado por la
consecuente mejora en la eficiencia de la operación del compresor. Se
proporcionará una válvula de expansión por cada 150 m de longitud en una
tubería de 1 “, cada 200 m en tuberías 1 ¼ “, y cada 300 m de tubería de 50 mm
cuando se usa expansión directa.
Los valores de los coeficientes totales de transferencia de
calor en Btu/h ft2 ºF podemos verlos en la siguiente tabla:
Circulación de salmuera
La circulación de salmuera se prefiere a la expansión
directa para evitar los peligros derivados del escape de amoniaco u otros
refrigerantes en caso de que las tuberías tengan pérdidas. Una ventaja de los
sistemas de salmuera es que siempre hay siempre una considerable masa de
salmuera refrigerada que puede extraerse en el caso de que la maquinaria tenga
que ser parada por cualquier razón. En pequeñas plantas, la maquinaria general
puede pararse en la noche y sólo la bomba de salmuera puede mantenerse para
distribuir el exceso de refrigeración que se ha acumulado durante el día. Las
tuberías de salmuera deben consistir en dos líneas, una de flujo y otra de
retorno, usualmente del mismo tamaño. El almacenamiento de salmuera raramente
se usa en grandes plantas por su tamaño, su coste inicial, y la incapacidad
práctica para almacenar mucha refrigeración.
Los serpentines de salmuera en cada espacio refrigerado se
colocan en paralelo a través de las tuberías de alimentación y retorno. Es una
práctica común permitir 30-36 m de tubería por circuito de baja temperatura y
120-135 m para alta temperatura. Las toneladas de refrigeración producidas por
la salmuera a varias diferencias de temperatura y tasas de bombeo pueden
calcularse aproximadamente de la siguiente forma:
MÉTODO DE CÁLCULO DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS
La temperatura de almacenamiento óptima debe mantenerse
continuamente para obtener el mayor beneficio del almacenamiento en frío. Para
estar seguro que dispondremos de la temperatura deseada, se calculan las
capacidades de refrigeración requeridas usando las condiciones más severas
esperadas durante la operación. Estas condiciones incluyen la temperatura
exterior máxima promedio, la máxima cantidad de frío producido cada día, y la
máxima temperatura del producto que se enfría. La cantidad total del calor que
el sistema de refrigeración debe extraer de la habitación refrigerada es
llamada carga de calor. Las pérdidas de frío en el cuarto refrigerado
proceden de varias fuentes:
Calor
por conducción – Calor entrando a través de paredes, techo y suelo.
Calor
de campo – Calor que debe extraerse del producto para enfriarlo a la
temperatura de almacenaje.
Calor
de respiración – Calor generado por el producto como un sub-producto
natural de la respiración.
Carga
de servicio – Calor de luces, equipos, personas, y aire húmedo, caliente
que entra a través de grietas o a través de la puerta cuando se abre.
Conducción de calor
El calor se conduce a través de las paredes, techo y suelo.
La cantidad de calor fluyendo a través de estas superficies es una función de
su resistencia térmica (valor R) o conductividad, su área, y la diferencia de
temperatura entre el exterior y el interior.
q = k A dT / s
Donde:
A = Área de transferencia de calor (m2,
ft2)
k = Conductividad térmica del material (W/m.K or W/m oC, Btu/(hr oF ft2/ft))
dT = Diferencia de temperature a través
del material (K or oC, oF)
s = Espesor del material (m, ft)
El calor conducido a través del suelo también se calcula con
esta ecuación. Sin embargo, ya que los techos usualmente tienen una exposición
más directa a la luz del sol y de ahí a temperaturas más altas, se instala más
aislamiento, y la diferencia de temperatura se incrementa unos 6 ºC.
Calor de campo
La segunda fuente de calor es el calor introducido en la
propia instalación de frío. La cantidad de calor de campo usualmente se calcula
a partir de la temperatura mensual máxima. Por ejemplo, pensemos en manzanas
que deben enfriarse desde la temperatura de 26 ºC en el campo a 0 ºC en 24
horas.
El calor de campo es el calor específico del producto, la
diferencia de temperatura entre la temperatura de campo y la temperatura de
almacenamiento, y el peso del producto.
FH (Btu/hr) = SH (Btu/lb/F) X DT (F) X W (lb)
Si los productos son puros o bien conocidos encontraremos
tabulados los valores de calor específico, pero muchas veces tendremos que
utilizar cálculos más detallados si queremos afinar en el diseño, sobre todo si
trabajamos con productos que tengan lípidos como el pescado.
el valor del calor específico puede calcularse también de
forma más precisa, teniendo en cuenta las variaciones en el contenido de aceite
del pescado, y este valor perfeccionado puede utilizarse cuando la composición
de la captura sea razonablemente homogénea.
Cep = 0,5 XI + 0,3 Xs + 1,0 Xa
donde Cep = el calor específico del pescado (kcal/kg)
XI =
la proporción de lípidos (aceite) de la masa
Xs =
la proporción de sólidos de la masa
Xa =
la proporción de agua de la masa
Calor de respiración
La tercera fuente de calor es la respiración del producto en
sí mismo. Los productos hortícolas están vivos y despiden calor ya que ellos
respiran. La cantidad de calor producido depende de la temperatura, del
cultivo, y de las condiciones y tratamiento ha recibido por el cultivo.
La cantidad de calor expedido aproximadamente se dobla cada
diez grados de aumento de temperatura.
Carga de servicio
La cuarta fuente de calor comprende un número de objetos
diversos. Incluyen equipos como luces y ventiladores, o personas, el calor que
entra por la puerta abierta, y el calor que entra por grietas. La cantidad de
calor con la que contribuyen estas fuentes es muy difícil de determinar
exactamente. Las cargas de servicio se suelen estimar colectivamente en un 10 %
del calor de las otras tres fuentes: conducción, calor de campo y calor de
respiración.
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