7/26/2019 Clculo de La Carga de Enfriamiento en Refrigeracin

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Resumen de Clculo de la carga de enfriamiento

La carga de enfriamiento de un equipo de refrigeracin es la suma de las

cargas trmicas en las que estn involucradas diferentes fuentes. Alguna las

fuentes ms comunes de cargas en refrigeracin son:

1.- calor que pasa del exterior al espacio refrigerado por conduccin a travs

de las paredes no aisladas.

2.- calor que llega al espacio por radiacin directa a travs de vidrieras o de

otros materiales transparente.

3.- calor que pasa al espacio deido al aire exterior caliente el cual pa! a travs

de las puertas que se aren " a travs de rendi#as que $a" alrededor de

puertas " ventanas.

%.- calor cedido por el producto caliente a medida que su temperatura es

a#ada $asta el nivel deseado.

&.- calores cedido por las personas dentro del espacio refrigerado.

'.- calor cedido por cualquier equipo productor de calor locali!ado dentro del

espacio tales como motores elctricos( alumrado( equipo electrnico(

etctera).

*a" que tener en cuenta que no todas estas fuentes de calor intervienen al

mismo tiempo en una aplicacin " que la importancia de que cada fuente de

calor con respecto a la carga de enfriamiento total var+a consideralemente

para cada aplicacin espec+,ca.

Tiempo de funcionamiento del equipo

ara calcular la capacidad requerida del equipo en tu/$r( se divide la carga

total que corresponde al per+odo de 2% $oras entre el tiempo deseado de

funcionamiento del equipo.

Capacidad de equipo requeridaen Btu/hr=C arga de enfriamientototal , Btu /24 hr

tiempo deseado de funcionamiento ,hr

0n aplicaciones para refrigeracin la carga total enfriamiento por lo general se

calcula en per+odos de 2% $oras( o se expresa enBtu/ 24 hr

eido a la necesidad de des$ielar el evaporador a intervalos frecuentes( no

resulta prctico disear el sistema de refrigeracin de manera que el equipo

traa#e continuamente para refrigerar al producto.

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or qu es necesario des$ielar el serpent+n4 eido a que la acumulacin de

escarc$a sore serpent+n tiende aislar al serpent+n " reducir la capacidad del

mismo la escarc$a dee peridicamente eliminada aumentando la

temperatura de la super,cie serpent+n arria del punto de congelacin del

agua " manteniendo la en ese nivel $asta que la escarc$a se derrita

eliminando la " sacndola del espacio a travs del drena#e del condensado.

5todos para des$ielar el serpent+n:

5todo ciclo fuera consiste en parar el compresor " dar lugar a que el

evaporador ser caliente $asta la temperatura que se tienen el espacio "

conservarlo a esa temperatura por tiempo su,ciente $asta que se terminen el

des$ielar serpent+n. 0ste mtodo de des$ielo es lento "a que el calor que se

necesita para fundir el $ielo de serpent+n proviene del aire que se encuentra en

el espacio refrigerado " se requiere un tiempo considerale para completar el

proceso. La experiencia $a demostrado que cuando se usa el sistema ciclo

fuera para des$ielo( el tiempo mximo de funcionamiento permitido al equipode es de 1' $oras por cada per+odo de 2% $oras( las otras 6 $oras se ocupan

para el des$ielo. 7uando la temperatura del espacio refrigerador se mantiene a

menos de 3%8 9 este mtodo no resulta prctico. or lo tanto para las

aplicaciones en las que la temperatura dee estar a menos de 3%8 9( el mtodo

para des$ielar el serpent+n consiste en utili!ar un calor suplementario. e tal

manera que la super,cie serpent+n se calienta en forma arti,cial "a sea con

elementos elctricos( con agua( o con gas caliente que la descarga del

compresor.

0l des$ielo por cualquiera de estos medios resultan ser muc$o ms rpido en el

des$ielo con el mtodo ciclo fuera. Al utili!ar calor suplementario para eldes$ielo el tiempo de funcionamiento del equipo es ma"or que al utili!ar el

mtodo ciclo fuera. 0l rango de funcionamiento de los equipos que utili!an el

des$ielo por calor suplementario es de 16 a 2 $oras por cada per+odo de 2%

$oras( dependiendo de cada caso ser la frecuencia de des$ielo. 7omo regla

general se utili!a el valor de 16 $oras como tiempo de funcionamiento.

Clculo de la carga de enfriamiento

ara simpli,car los clculos de la carga la carga total de enfriamiento se divide

en un determinado n;mero de partes de acuerdo a las fuentes de calor( " la

suma de estas cargas parciales ser la carga total de enfriamiento del equipo.0n refrigeracin comercial las cargas parciales son:

1) la carga que se gana en paredes

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%) cargas varias o suplementarias amin se le llaman carga de fuga( de una medicin del calor que ?u"e porconduccin a travs de las paredes del espacio refrigerado del exterior $ac+a el

interior. eido a la diferencia de temperaturas entre el exterior e interior "

porque no $a" aislamiento perfecto siempre se tendr una ganancia de calor.

0sta carga representa una uena parte de la carga total enfriamiento.

La carga por cambio de aire

0ste calor se gana cuando el aire caliente del exterior entra al espacio para

reempla!ar al aire fr+o ms denso. 0sto puede ser al arir una puerta. 0l calor

que dee ser eliminado por este aire caliente del exterior " disminuirle su

temperatura " contenido de $umedad a las condiciones de diseo del espacioconstitu"e en una parte de la carga de enfriamiento total del equipo.

La carga por producto

La constitu"e el calor que dee ser eliminado del productor refrigerado a ,n de

que la temperatura del mismo a#e $asta el nivel deseado nuestro entorno a la

igual. La importancia de la carga del producto con respecto a la carga total de

enfriamiento( varia con la aplicacin espec+,ca al igual que con las dems

cargas parciales. @no de los casos cuando no se considera la carga por el

producto es cuando el producto ingresa al espacio refrigerado a la misma

temperatura de almacena#e. in emargo en el caso que el producto entre alespacio refrigerador a una temperatura superior a la temperatura de

almacena#e dee considerarse la las cargas por producto como parte de las

cargas totales del equipo de enfriamiento. 0n algunos casos el producto entre

una temperatura inferior a la temperatura de almacena#e( tal es el caso del

$elado que frecuentemente se enfr+a a la temperaturas 8 a - 1 8 9 en el

proceso de endurecimiento( " se almacena a 18 9 generalmente porque es la

temperatura ideal a la cual el $elado se inclina.

Cargas varias

Llamadas a veces cargas suplementarias( toman en cuenta varias fuentes decalor. Las principales son producidas por las personas que traa#an dentro del

espacio refrigerado( el alumrado " otros equipos elctricos funcionando

dentro del espacio refrigerado. ara casi todas las aplicaciones de refrigeracin

comercial( las cargas varias son relativamente pequea( por lo general son

otenidas por alumrado " por los motores de los ventiladores utili!ados dentro

del espacio refrigerado.

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Factores que determinan la ganancia en paredes

La cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo a travs de las

paredes de un espacio refrigerado( es funcin de tres factores cu"a relacin se

expresa a travs de la siguiente ecuacin:

Q=AUD(102)

donde

= B cantidad de calor transferida en tu por $ora(

A B aire de la super,cie de la pared externa

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plg de espesor de material( la conductancia trmica o factor 7 est disponile

para materiales $omogneos como para materiales no $omogneos " el valor

esta dado en tu/$r pie289 . utili!ando la frmula C=k/x se pude otener el

valor de la conductancia trmica para cualquier espesor de material en

pulgadas.

La resistencia que ofrece un material al ?u#o de calor es inversamente

proporcional a la $ailidad de la pared o el material a la transmisin de calor.

0ntonces( la resistencia trmica de un material puede expresarse como el

rec+proco del coe,ciente total de transmisin( mientras que la resistencia

trmica de un material puede expresarse( rec+proco de su conductividad o

conductancia( esto es

Eesistencia trmica( R=1 /U .

7uando la pared est construida de varias capas de diferentes materiales( laresistencia trmica total de la pared es la suma de las resistencias de los

diferentes materiales que constitu"en la pared( inclu"ndose en las pel+culas

de aire.

1

U=

1

fi+

x

k1

+x

k2

+x

kn+1

f0

(105)

or lo tanto

U= 1

1

fi+

x

k1

+x

k2

+ x

kn+1

f0

onde

1

fi=coeficiente deconveccin , de pared interior , piso o cielo

1

f0

=coeficiente de conveccin , de pared exterior piso o techo.

Diferencial de temperaturas a travs de paredes de almacn fr!o

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or lo general se considera que es la diferencia entre las temperaturas de

diseo en el interior " el exterior. La temperatura diseo interior es la que dee

tenerse dentro del espacio refrigerado diestra depende del tipo de producto

almacenado " el periodo de almacenamiento( en las talas 1-F a 1-12 se

recomiendan valores de temperaturas interiores para diferentes productos.

Diferencial de temperaturas entre cielo " piso

i se encuentra la cmara de refrigeracin en el interior de un edi,cio " $a"

una separacin adecuada entre la parte superior de la cmara de refrigeracin

" el cielo del edi,cio de modo que pueda circula el aire( tanto el cielo como el

piso se consideran como paredes interiores. i la cmara de refrigeracin se

encuentra en el exterior el tec$o se considera como pared exterior. e aplica lo

mismo para el piso excepto cuando el piso del enfriador est colocado

directamente sore una placa encima del piso. 7omo regla general siempre se

considera el valor muc$o menor que la temperatura de diseo del ulo seco

exterior que se tiene en la localidad durante el verano.

#fectos de la radiaci$n solar

7uando las paredes de una cmara de refrigeracin estn situadas en el

exterior de tal manera que recien una cantidad excesiva de calor por

radiacin( "a sea el sol o cualquier otro cuerpo caliente por lo general la

temperatura de la super,cie de la pared exterior es ma"or que la temperatura

del aire de medio amiente. eido a que cualquier incremento que se tenga

en la temperatura de la super,cie exterior( $ar que se incremente el

diferencial de temperatura a travs de la pared( " el diferencial la temperatura

para paredes soleadas deer ser corregida para compensar el efecto solar. 0nla tala 1 -' se dan los factores de correccin usados para las paredes

asoleadas( estos valores al diferencial de temperatura normal

Clculo de la ganancia de calor en paredes

ee tomarse en cuenta el calor ganado nada a travs de todas las

paredes( piso " tec$o. 7uando las paredes estn compuestas de diferentes

materiales el clculo de la transmisin de calor se reali!ada por separado( si la

diferencia de @ es pequea( podrn ignorarse la diferencia de los valores de @

" las paredes o partes podrn agruparse para $acer el clculo.

Las paredes con valor de @ idnticas podrn considerarse #untas si la

diferencia de temperatura es tamin la misma.

Clculo de cargas por cambio de aire

0ste tipo de carga es dif+cil calcular con exactitud( excepto en algunos pocos

los que se conoce la cantidad de entrada de aire para efectos de ventilacin(

cuando se conocen la entrada de masa de aire que entra del exterior al espacio

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refrigerado en un per+odo de 2% $oras( el calor ganado dentro del espacio

depende de las entalpias de aire interiores " exteriores " se puede determinar

usando la ecuacin

carga por camiode aire=m ( h0h i) (106)

m=masa de aire queentra al espacio refreigeradoen24 hr ,en l

24hr

h0=entalpia del aire exterior en

Btu

l

hi=entalpia del aire interior enBtu

l

in emargo "a que la cantidad de aire por lo general se da en pies c;icos en

lugar de liras( para facilidad de clculos en la tala 1-G A H 1-G se tiene

una lista de ganancia de calor por pie c;ico de aire que entra al espacio

refrigerado para varias condiciones exteriores e interiores. ara calcular la

carga de un per+odo de 2% $oras se multiplica los pies c;icos por el factor

apropiado otenido en las talas 1-GI " 1-G .

ara calcular la carga de aire por in,ltracin a travs de las aperturas de

puertas para ser un clculo se requiere informacin como un n;mero de

puertas( tamao( locali!acin " sore todo la frecuencia " tiempo que las

puertas quedan aiertas( pero disponer de estos datos con exactitud qu es

dif+cil. La experiencia $a demostrado que( como regla general la frecuencia "

duracin de apertura de puertas " por lo tanto la cantidad de camio de aire

depende de la cantidad de aire en el refrigerador " el tipo de uso. 0n las talas

1-6 A " 1-6 ser una lista de camios de aire aproximado en un per+odo de

2% $oras( para enfriadores de diferentes tamaos( los valores dados son

valores promedios.

Clculo de las cargas por producto

7uando el producto entra a una temperatura ma"or que la que se tiene en el

temperatura de almacenamiento( el producto ceder calor al espacio $asta que

se enfr+e a la temperatura interior del espacio refrigerado cuando la

temperatura dentro del espacio se mantiene por dea#o de la temperatura de

congelamiento del producto( la cantidad de calor cedido por el producto en su

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enfriamiento $asta la temperatura del espacio depender de la temperatura

del espacio( de la masa( el calor espec+,co " de la temperatura del producto a

la entrada.

0l calor ganado por el producto se otiene de la siguiente ecuacin

Q=mC! "(107)

onde

Q=cantidadde calor enBtu ,

m=masa del producto enliras

C=calor espec#fico arriade congelacin Btu

l $ %

! "=camio dela temperaturadel pro ducto en$ %

Q sensile (& )=Q=mC! " , con C por dea'o del punto decongelacin

Qlatente=mhif(1010 )

hif=calor latente del productoen Btu por l

Q respiracin( Btu24hr )=masa del producto (l )calor de respiracin( Btu

lhr)24 hr (1011)

calor de respiracin, de valor de tala1013

9rmula para otener la carga del producto para un tiempo enfriamiento

deseado

Q= mC!"24hr

"iempo de enfriamiento deseado(108)