calculo de la instalacion frigorÍfica de un matadero

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS

PROYECTO FÍN DE CARRERA

“DISEÑO, CÁLCULO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MATADERO PARA EL SACRIFICIO DE 300 CABEZAS DE GANADO VACUNO/DIA SITUADO EN

LA LOCALIDAD DE SOCUÉLLAMOS (CIUDAD REAL)”

Jaime Fisac Pongilioni

Madrid, Marzo de 2008

Anexo IV – Instalación Frigorífica I

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.

2. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE EL SECTOR CÁRNICO.

3. EL FRÍO EN LA CARNE.

4. INSTALACIÓN FRIGORÍFICA.

5. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS.

6. ESTUDIO DEL CICLO TERMODINÁMICO.

7. ELECCIÓN DE EQUIPOS.

8. BIBLIOGRAFÍA.

LEGISLACIÓN

• REGLAMENTO

Real Decreto 3099/1977, de 8 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.

Orden de 24 de Enero de 1978 por el que se aprueban las instrucciones complementarias denominadas Instrucciones Mi Fi con arreglo a lo dispuesto en el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.

Real Decreto 394/1979 de 2 de Febrero por el que se modifica el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.

Real Decreto 754/1981 de 13 de Marzo por el que se modifican los artículos 28, 29 y 30 del Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.

• REGLAMENTACIÓN RELATIVA A INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS.

LEGISLACIÓN

ITC-MI-IF-001: Terminología

ITC-MI-IF-002: Clasificación de los Refrigerantes.

ITC-MI-IF-003: Clasificación de los Sistemas de Refrigeración.

ITC-MI-IF-004: Utilización de los diferentes refrigerantes.

ITC-MI-IF-005: Materiales empleados en la construcción de equipos frigoríficos.

ITC-MI-IF-006: Máquinas frigoríficas y accesorios.

ITC-MI-IF-007: Sala de máquinas.

ITC-MI-IF-008: Focos de calor.

ITC-MI-IF-009: Protección de las instalaciones frente a sobrepresiones.

IT-CMI-IF-010: Estanqueidad de los elementos de un equipo frigoríficos.

ITC-MI-IF-011: Cámaras de atmósfera artificial.

ITC-MI-IF-012: Instalaciones eléctricas.

LEGISLACIÓN

ITC-MI-IF-013: Instalaciones y conservadores frigoristas autorizados.

ITC-MI-IF-014: Dictamen sobre seguridad de plantas e instalaciones frigoríficas.

ITC-MI-IF-015: Inspecciones periódicas.

ITC-MI-IF-016: Medidas de protección personal y de prevención contra incendios.

ITC-MI-IF-017: Símbolos a utilizar en esquemas de elementos de equipos frigoríficos.

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

INFORMACIÓN GENERAL SOBRE EL SECTOR CÁRNICO

EL SECTOR CÁRNICO EN EUROPA:

Unión Europea en 2001 (toneladas )

MAYOR MENOR España

Productores de carne de vacuno Francia

1.566.000

Dinamarca

153.400 642.033

Exportadores de carne de vacuno Alemania

609.975

Dinamarca

89.823 116.662

Importadores de carne de vacuno Reino Unido

403.683

Bélgica-Luxemburgo

46.650 66.009

Fuente: FAOSTAT.

Clasificación en función de la actividad que se desarrolla.


EL SECTOR CÁRNICO EN ESPAÑA:

ACTIVIDAD Nº DE ESTABLECIMIENTOS

Número de mataderos (excluidos los de excepción permanente) 589

Número de almacenes frigoríficos 2155

Número de salas de despiece 1938

Número de industrias de elaboración 4847

Número medio de empleados/empresa 11

Fuente: Ministerio de Sanidad y Consumo (MISACO) – Febrero de 2004.

Número de empresas a nivel nacional por actividad principal.

TOTAL 1 Industria de productos alimenticios y bebidas 31.847 2 Fabricación de otros productos alimenticios 15.129 3 Elaboración de bebidas 5.151 4 Industria cárnica 4.469 5 Industrias lácteas 1.643 6 Fabricación de grasas y aceites (vegetales y animales) 1.579 7 Preparación y conservación de frutas y hortalizas 1.382 8 Fabricación de productos para la alimentación animal 911 9 Elaboración y conservación de pescados y productos a base de pescado 808

10 Fabricación de productos de molinería, almidones y productos amiláceos 775

Fuente: Directorio central de empresas (DIRCE) año 2006


Número de industrias cárnicas por Comunidades Autónomas.

Fuente: Directorio central de empresas (DIRCE) año 2006

NÚMERO

1 Castilla y León 833

2 Cataluña 740

3 Andalucía 695

4 Castilla La Mancha 287

5 Comunidad Valenciana 286

6 Madrid (Comunidad de) 285

7 Extremadura 268

8 Galicia 194

9 Aragón 156

10 Murcia (Región de) 137

11 País Vasco 134

12 Asturias (Principado de) 103

13 La Rioja 95

14 Navarra (Comunidad Foral de) 86

15 Islas Baleares 77

16 Canarias 56

17 Cantabria 36

18 Ceuta y Melilla 1

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

EL FRÍO EN LA CARNE

REFRIGERACIÓN DE LA CARNE:

La carne tiene: actividad enzimática endógena + actividad proteolítica (maduración del músculo en carne).

Composición de la carne: proteínas, lípidos, agua favorecer el crecimiento microbiano

Actividad enzimática

Crecimiento microbiano Procesos que dependen directamente de la Tª

Evitar el crecimiento microbiano de dos maneras: 1) bajando la temperatura de la canal tras el faenado.

2) enfriando la canal a Tª superior a la Tª congelación

TRANSFORMACIÓN POST MORTEM:

Se producen transformaciones tras el sacrificio del animal (reacciones a velocidad en f de Tª).

Acortamiento por frio: Tª de la canal en pre-rigor < 10-15 ºC

Modificaciones Físicas: - pérdida de peso (mermas en la refrigeración)

- deshidratación superficial.

MODIFICACIONES DURANTE LA REFRIGERACIÓN:

Modificaciones producidas por microorganismos:

- Superficie de la canal caliente y húmeda enfriamiento canal fría Microorganismo psicrotrofo

- Superficie parcialmente desecada microorganismo tolerantes de baja actividad de agua.

- pH de la canal tras la refrigeración : 5,8

(A)

(B)

EL FRÍO EN LA CARNE

Flora microbiana : bacterias psicrotrofas

levaduras.

mohos.

Velocidad de crecimiento de los microorganismos en función de:

- pH final de la carne

- Tª de la carne

- aw superficial en función de la humedad durante la refrigeración : HR Velocidad crecimiento

HR Pérdida de peso

Deshidratación superficial

Enranciamiento oxidativo:

Proceso químico autocatalítico que afecta a los ácidos grasos insaturados ( esterificados y libres)

Cambios en la coloración de la carne

(C)

(D)

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

INSTALACIÓN FRIGORÍFICA

“ESTACIONAMIENTO LIMITADO”

putrefacción

Tiempo (horas)

“PASO PROHIBIDO”

contractura por el

frío

Temperatura (ºC)

C

B

A

CURVAS TEÓRICAS DE REFRIGERACIÓN DE LAS CANALES DE VACUNO

( Rosset, R., 1979)

4 8 12 20 32

40

A: Refrigeración ultra-rápida (tiempo de semienfriamiento: 4 horas) : RIESGO DE CONTRACTURA POR EL FRÍO

B: Refrigeración rápida (tiempo de semienfriamiento: 8 horas) : NINGÚN RIESGO

C: Refrigeración lenta (tiempo de semienfriamiento: 20 horas): RIESGO DE PUTREFACCIÓN

PLANTA GENERAL


REFRIGERACIÓN RÁPIDA: Tiempo de semienfriamiento : 8 horas

3 etapas 3 cámaras:

Cámara 1: Temperatura de las canales a la entrada: 37ºC

Tiempo de permanencia de las canales en la cámara: 2 horas 45 minutos

Temperatura de las canales a la salida: 27ºC

Raíl aéreo mecanizado con velocidad de desplazamiento :45 animales/hora

Dimensiones de la cámara:

• Largo: 24 m.

• Ancho:20 m.

• Alto:5.5 m.

Raíles aéreos:

• Número de raíles: 10

• Separación entre raíles: 2m.

• Separación entre el raíl y la pared…

… norte: 1 m.

… sur: 2 m.

… este: 1 m.

… oeste: 1 m.

Temperatura interior: -2 a -4 ºC.

Temperatura exterior a la cámara:

pared norte: 10 ºC.

pared sur: 10 ºC.

pared este: 10 ºC.

pared oeste: 10 ºC.

Humedad Relativa interior: 90%




Tiempo de permanencia de las canales en la cámara: 16 horas


• Largo: 21,5 m.

• Ancho:20 m.

• Alto:5,5 m.

Raíles aéreos:


• Separación entre raíles: 1,1 m.


… norte: 0,875 m.

… sur: 0,875 m.

… este: 1,4 m.

… oeste: 1,4 m.

Temperatura interior: 1ºC.



pared sur: 10 ºC.

pared este: 10 ºC.


Humedad Relativa interior: 90 - 95%




Tiempo de permanencia de las canales en la cámara: > 16 horas


• Largo: 21,5 m.

• Ancho:20 m.

• Alto:5,5 m.

Raíles aéreos:


• Separación entre raíles: 1,1 m.


… norte: 0,875 m.

… sur: 0,875 m.

… este: 1,4 m.

… oeste: 1,4 m.

Temperatura interior: 1ºC.



pared sur: 10 ºC.

pared este: 10 ºC.


Humedad Relativa interior: 90 – 95 %

PLANTA GENERAL

CÁMARA 1 CÁMARA 2 CÁMARA 3

CÁMARAS FRIGORIFICAS: Planta

CÁMARAS FRIGORIFICAS: Secciones

1 1’

2

2’

1 1’

1’ 1

CÁMARA 1 CÁMARA 2

2 2’

CÁMARA 3

PLANTA

SECCIONES


MATERIAL AISLANTE: Poliestireno extrusionado:

Coeficiente de conductividad: 𝛌 = 0,032 (W/m*°C) = 1,17 *10-4 ( W/m*K)

Densidad aparente: 𝛒a = 33 (Kg/m3)

Espesor de pared (homogénea): e = 𝛌 * (ΔT/ρrefrigeración)

ρrefrigeración = 8~9

PARED ESPESOR COMERCIAL DEL AISLANTE (m)


Norte 0,04 0,04 0,04

Sur 0,04 0,04 0,04

Este 0,04 0,04 0,04

Oeste 0,04 0,04 0,04

Techo 0,04 0,04 0,04

Suelo 0,04 0,04 0,04

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Carga térmica: cantidad de calor que debe ser extraído durante una unidad de tiempo, para compensar la cantidad de

calor que entra o se desarrolla en su interior.

El calor tiene distintos orígenes:

CALOR A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS (paredes y techos) : Q1

RENOVACIÓN DEL AIRE POR APERTURA DE PUERTAS: Q2

CARGAS TÉRMICAS DEBIDAS A LA REFRIGERACIÓN DEL PRODUCTO: Q3

CALOR CEDIDO POR LAS PERSONAS EN EL ESPACIO REFRIGERADO: Q6

CALOR CEDIDO POR LA ILUMINACIÓN DEL ESPACIO REFRIGERADO: Q7

DESESCARCHE DE LOS EVAPORADORES: Q8

EQUIVALENTE TÉRMICO DEL TRABAJO DE LOS VENTILADORES: Q9


Q1 CALOR A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS (paredes y techos)

Q1 = S * Ø = S * K * 𝚫T

•Q1 (KJ/h) = calor que se produce a través de los cerramientos. Es calor sensible. •S (m2) = superficie total. •Ø (W/m

2) = flujo de calor.

•λ (KJ/h*m2) = coeficiente de transmisión de calor. •𝚫T (°C) = diferencia de temperaturas de proyecto corregidas (=Tp – Tpc).

•Temperatura de proyecto = 0,6 * Tª máx. + 0,4 * T media de ese mes

Ø real (W/m2) = (λ * ΔT ) / e comercial elegida (m)

Q1 (W)

REFRIGERACIÓN RÁPIDA (cámara 1) 12872,25

REFRIGERACIÓN ( Cámara 2) 7773,8

REFRIGERACIÓN (Cámara 3) 9102,6

TOTAL 29748,65


REFRIGERACIÓN RÁPIDA

Cámara 1

Aire interior:

i i = 8,6 KJ/Kg a.s. = 11,05 KJ/m3.

Tª = -3°C.

vi = 0,778 m3/Kg a.s.

HR = 90%

xi = 0,00333 Kg agua/Kg a.s. = 4,284 g/m3.

Aire exterior:

i e = 26,25 KJ/Kg a.s. = 32,4 KJ/m3.

Tª = 10°C.

ve = 0,810 m3/Kg a.s.

HR = 85%

xe= 0,0064 Kg agua/Kg a.s. = 7,9 g/m3.

REFRIGERACIÓN

Cámaras 2 y 3

Aire interior:

ii = 10,5 KJ/Kg a.s. = 13,53 KJ/m3.

Tª = 1°C.

vi = 0,776 m3/Kg a.s.

HR = 93%

xi = 0,0037 Kg agua/Kg a.s. = 4,768 g/m3.

Aire exterior:

ie = 26,25 KJ/Kg a.s. = 32,4 KJ/m3.

Tª = 10°C.

ve = 0,810 m3/Kg a.s.

HR = 85%

xe= 0,0064 Kg agua/Kg a.s. = 7,9 g/m3.

90%

85%

100%

100%

93%

85%

Kg a / Kg a.s.

Kg a / Kg a.s.

0,0064

0,00333

-3 10 Tª (°C)

Tª (°C) 1 10

Diagrama de Carrier.


CONDICIONES INTERNAS Y EXTERNAS A LA CÁMARA

0,0064

0,00337

Elaboración propia

Q2 RENOVACIÓN DEL AIRE POR APERTURA DE PUERTAS

Ve = 0,810 Vi = 0,778

ie = 26,25

ii = 8,6

Ve = 0,810

ie = 26,25

Vi = 0,776

ii = 10,5


Q2 = N * V * 𝚫i Q2 = Q2s + Q2l Q2l = N * V * rae *𝚫x

•N = número de renovaciones diarias. •V (m3)= volumen de la cámara. •𝚫i (KJ/m3)= variación de entalpía interior y exterior. •Q2s (KJ/d) = calor sensible. •Q2l (KJ/d)= calor latente. •rae (KJ/Kg)= calor latente de vaporización del agua

•𝚫x (Kg a/Kg a.s.)= variación de humedad aire interior – exterior.

Q2 (W) Q2l (W) Q2s (W)

REFRIGERACIÓN RÁPIDA

(cámara 1) 1094,401 463,3904 631,0106

REFRIGERACIÓN (cámara 2) 883,253594 366,501094 516,7525

REFRIGERACIÓN (cámara 3) 883,253594 366,501094 516,7525

TOTAL 2860,90819 1196,39259 1664,5156


Q3 CARGAS TÉRMICAS DEBIDAS A LA REFRIGERACIÓN DEL PRODUCTO

Q3 = M * cpw * 𝚫T

•Q3 (KW) = potencia térmica debida al enfriamiento. •M (Kg/h) = masa de producto a enfriar/conservar. •cpw (KJ/Kg*K) = calor específico del producto. •𝚫T (ºC) = salto de temperatura.

•Calor específico de la carne de vacuno: 2,97 KJ/Kg*K

300 Kg/animal * 300 animales = 90000 Kg

Q3 c1 = M * ΔT * cpw = 45 animales/h * 300 Kg/animal * (40-32) ºC * 2,97 = 320760 KJ/h

= 320760 KJ/h * 20 h/d = 6415200 KJ/d

Q3 c2 = M * ΔT * cpw = 45 animales/h * 300 Kg/animal * (32 -10) ºC * 2,97 = 882090 KJ/h

= 882090 KJ/h * 18 h/d = 15877620 KJ/d

Q3 c3 = M * ΔT * cpw = 45 animales/h * 300 Kg/animal * (10 - 7) ºC * 2,97 = 33412,5 KJ/h

= 33412,5 KJ/h * 18h/d = 601425 KJ/d

Q3 TOTAL = 320760 + 882090 + 33412,5 = 1236262,5 KJ/h

= 1236262,5 KJ/h * 1000J/KJ * 1h/60min * 1min/60s = 343406,25 W


Q6 CALOR CEDIDO POR LAS PERSONAS EN EL ESPACIO REFRIGERADO

Q6 = Q6s + Q6l Q6s = 3,6 * Np * Fp * T Q6l = Np * rp * T * x

•Q6 (W) = calor total cedido por las personas. •Q6s (W) = calor sensible. •Q6l (W) = calor latente. •Np = número de operarios. •Fp = esfuerzo unitario: W=270 – 6t. •T (h/d) = tiempo de permanencia del operario en la cámara. •x (Kg/d*persona) = transpiración del personal. •rp (KJ/Kg) = calor latente de vaporización del agua

Np Fp T x rp Q6s (W) Q6l (W) CÁMARA 1 1

264

3 0,3

2.500

2.851,2 2.250 CÁMARA 2 3 7 0,3 19958,4 15750 CÁMARA 3 3 7 0,3 19958,4 15750

SUBTOTAL 42768 33750

TOTAL 76518


Q7 CALOR CEDIDO POR LA ILUMINACIÓN EN EL ESPACIO REFRIGERADO

Q7 = 3,6 * P * T = 3,6 * p * S * T

•Q7 (W) = calor por iluminación. •P (W) = Potencia total iluminación. •p (W/m2) = potencia unitaria de iluminación. •S (m2) = superficie de la cámara. •T (h/d) = tiempo de iluminación

p (W/m2) S (m2) P (W) T (horas/día) Q7 (W)

CÁMARA 1 5 480 2.400 3 25.920 CÁMARA 2 5 430 2.150 5 38.700 CÁMARA 3 5 430 2.150 5 38.700

TOTAL 103.320


Q8 DESESCARCHE DE LOS EVAPORADORES

Merma de la carga diaria: mR = % de mermas en refrigeración * M

mR = 4% * 90.000 = 3675 Kg/d

Cámara 1: mR c1 = 75% * 3675 = 2756,25 Kg/d

Cámara 2: mR c2 = 25% * 3675 = 918,75 Kg/d

Cámara 3 : mC = mC c3 = 0,14% * 90.000 = 122,5 Kg/d

mC = % de mermas en conservación * M

Agua condensada del aire: w (g) = N * V * rae * 𝚫x

Total masa de hielo:

mh (Kg/d) = 3675 + 122,5 + 43,062 = 3840,56 (Kg/d)

w (g) = 16.682 + 13.190 + 13.190 = 43.062 g = 43,062 Kg

mH = mR + mC + w

Peso del aire: Vc (m3) = volumen de la cámara. Vi (m3/Kg) = volumen específico del aire. a 1ºC: Vi = 0,776 m3/Kg.

a -3ºC: Vi = 0,778 m3/Kg.

mo (Kg) = 3393,31 + 3047,68 + 3047,68

m0 = Vc / Vi


Desecación y Condensación:

Desecación: mide la pérdida de humedad.

Condensación: es el resultado de la reducción de temperatura causada por la eliminación del calor

latente de evaporación.

CÁ

MA

RA

1

CÁ

MA

RA

2 y 3

Δth = 5°C

90

HR (%)

Δth = 5°C

Tª cámara= -3°C

Δth = 4,5°C

Tª cámara= 1°C Δth = 4,5°C

HR (%)

93

Tªe= -6°C

Tªe= -3°C

X-3,5=0,0029

X-6=0,00215

X-8,5=0,0019

-8,5 -6 -3,5

-5,25 -3 -0,75

X-0,75=0,0036

X-0,75=0,00285

X-5,25=0,0025

X (Kg a / Kg a.s.)

X (Kg a / Kg a.s.)

Tª (ºC)

Tª (ºC)



CONDICIONES EN EL INTERIOR DE LAS CÁMARAS

ΔTª=5ºC

ΔTª=4,5ºC

ΔX = 1 * 10-3 Kg a / Kg a.s.

ΔX = 1,1 * 10-3 Kg a / Kg a.s.


Desecación : ΔX

Xi

(Kg a / Kg a.s.)

Xs

(Kg a / Kg a.s.)

ΔX

(Kg a / Kg a.s.)

CÁMARA 1 X-8,5 = 0,0019 X-3,5 = 0,0029 ΔX = 1 * 10-3

CÁMARAS 2 y 3 X-5,25 = 0,0019 X-0,75 = 0,0036 ΔX =1,1 * 10-3

Condensación:

C = m0 * ΔXE c (Kg) = agua condensada. m0 (Kg) = masa de aire. 𝚫xE (Kg a/Kg a.s.) = diferencial de humedad.

C (Kg) = 3,39 + 3,35 + 3,35 = 10,09


Coeficiente de Recirculación: mh (Kg/d) = masa total de hielo. c (Kg) = condensación. tIF = tiempo de funcionamiento.

Para cámaras de Tª < 0°C : tIF = 18 ~ 20 h. Para cámaras de Tª > 0°C : tIF = 16 ~ 18 h.

•Cámara 1: CR = 1854,82/3,39 * 20 = 27,36 recirc/d

•Cámaras 2 y 3: CR = 1850,69/3,35 * 18 = 30,69 recirc/d

QH = mh * (cph * 𝚫th + rh + cpw * 𝚫tw) •mh (Kg) = masa de hielo. •cph = calor sensible del hielo. •cpw= calor sensible del agua. •𝚫th (°C) = diferencial de temperatura por debajo de 0°C. •rh = calor latente de fusión del hielo (KJ/Kg). •𝚫tw (C) = temperatura de desescarche.


mh

mRc1 + wc1 mRc2 + wc2 mCc3 + wc3

2756,25 + 16,682 =

2772,93 Kg/d

918,75 + 13,190 =

931,94 Kg/d

122,5 + 13,19 =

135,69 Kg/d

CR = mh / c *tIF


Calor de desescarche de evaporadores:

Cámara 1: Hielo a

-6ºC

Hielo a

0ºC

Agua a

0ºCAgua a 3ºC

te

qsh ql qsch

qsh mh*cph*Δth 2772,93*2,1*6 34938,918 KJ/d 485,26 W

ql mh*Lf 2772,93*334 926158,62 KJ/d 12863,31 W

qsch mh*cpw*Δtw 2772,93*4,18*3 34772,54 KJ/d 482,96 W

Cámara 2: Hielo a

-3ºC

Hielo a

0ºC

Agua a

0ºCAgua a 3ºC

te

qsh ql qsch


ql mh*Lf 931,94*334 311267,96 KJ/d 4803,52 W


Cámara 3: Hielo a

-3ºC

Hielo a

0ºC

Agua a

0ºCAgua a 3ºC

te

qsh ql qsch


ql mh*Lf 135,69*334 45320,46 KJ/d 699,39 W



QE = 40-60% QH : QP = 0,2*(QE+QH) : Q8 = Q8s = QE + QP


% 50 50 50

QH (KJ/d) 995870,078 328825,71 47876,74

QE (KJ/d) 497935,039 164412,85 23938,37

QP (KJ/d) 298761,02 98647,712 14363,02

Q8 (KJ/d) 796696,06 263060,56 38301,39

Q8(W) 11065,22 4059,57 591,07

Q8 TOTAL 15715,86 W

Potencia necesaria para fundir el hielo: Nd = (1,5 * QH)/[ tD * 3.600 * (η/100)]

QH (KJ/d) tD(h) = tiempo de desescarche. (4 horas)

η(%) = rendimiento. Nd (kW) = potencia para fundir el hielo.


QH (KJ/d) 995870,078 328825,71 47876,74

tD (h) 4 4 4

η (%) 80 80 80

ND (KW) 130,06 42,81 6,23

TOTAL 179,1 KW

QE : calor que almacena la estructura metálica del evaporador.

QP : calor irradiado al interior de la cámara.

QH : calor de fusión del hielo.


Q9 EQUIVALENTE TÉRMICO DEL TRABAJO DE LOS VENTILADORES

Cálculo del calor por ventiladores:

dp (Kpa)

Vol. Cámara(m3) ηv (%) preenfriamiento horas/dia Qs (KJ/d) % %

2640 0,65 0,55 20 10128338 0,28376531 28,37653064

KJ/h

Q9e (KJ/d) 2874071 143704

∑Qi 650120,47

Vv (m3/h) 166697,56

CR(recirculaciones/h) 63,143013

Nv(W) 39917,653 Nv(KW) 39,91765307

Q9t (KW) 39,917653 Q9t(KJ/h) 143704

Q9t(KJ/d) 2874071,021

Q9 = Q9s = Q9t = 1243285,993 KJ/d

Cámara 1:

ηv : rendimiento del ventilador Dp: presión de impulsión del aire Q9e : calor estimado ventilador Vv: volumen a mover por el ventilador Nv: potencia del motor del ventilador Q9t : calor teórico del ventilador

Q9e (KJ/d) = % * Qs

∑Qi = Qs + Q9e

Vv = (1+pv)/100 * ∑Qis

CR = Vv / V

Nv = 0,283 * Vv * (dp/ ηv )


Cámara 2: dp (Kpa)

Vol. Cámara(m3) ηv (%) preenfriamiento horas/dia Qs (KJ/d) % %

2365 0,65 0,55 18 21672126 0,28376531 28,37653064

KJ/h

Q9e (KJ/d) 6149797,5 341655

∑Q 1545662,4

Vv (m3/h) 396323,7


Nv(W) 94904,282 Nv(KW) 94,90428207

Q9t (KW) 94,904282 Q9t(KJ/h) 341655

Q9t(KJ/d) 6149797,478

Q9 = Q9s = Q9t = 6147797,478 KJ/d

Cámara 3:

dp (Kpa)

Vol. Cámara(m3) ηv (%) conservacion horas/dia Qs (KJ/d) % %

2365 0,65 0,25 18 11667993 0,11169583 11,16958295

KJ/h

Q9e (KJ/d) 1303266,1 72403,7

∑Q 720625,5

Vv (m3/h) 184775,77


Nv(W) 20112,132 Nv(KW) 20,11213181

Q9t (KW) 20,112132 Q9t(KJ/h) 72403,7

Q9t(KJ/d) 1303266,141

Q9 = Q9s = Q9t = 13003266,141 KJ/d


CÁLCULO TOTAL DE NECESIDADES POR CÁMARA

Cámara 1: Qis Qil Qi

KJ/d W KJ/d W KJ/d W KJ/h

cerramientos 1112162,4 1557,81 0 0 1112162,4 1557,81

renovación de aire 45432,76 631,01 23364,11 463,39 68796,87 1094,4

refrigeración del producto 6415200 89100 0 0 6415200 89100

personal 246343,68 3421,44 194400 2700 440743,68 6121,44

iluminación 2239488 31104 0 0 2239488 31104

desescarche evaporadores 69711,458 968,21 926158,62 12863,31 995870,078 13831,52

ventiladores 2874071,021 39917,65307 0 0 2874071,02 39917,6531

Subtotal 13002409,32 166700,1231 1143922,73 16026,7 14146332 182726,823

Varios (5%) 707316,602 9136,34115

TOTAL 14853649 191863,16 742682,433

Cámara 2:

Qis Qil Qi


cerramientos 671656,32 10365,06667 0 0 671656,32 10365,0667


refrigeración del producto 15877620 245025 0 0 15877620 245025

personal 1724405,76 26611,2 1360800 21000 3085205,76 47611,2

iluminación 3343680 51600 0 0 3343680 51600


ventiladores 6149797,478 94904,28207 0 0 6149797,48 94904,2821

Subtotal 27821923,49 429350,6711 1698456,04 26210,7413 29520379,5 455561,412

Varios (5%) 1476018,98 22778,0706

TOTAL 30996399 478339,48 1722022,14


Cámara 3:

Qis Qil Qi


cerramientos 786464,64 12136,8 0 0 786464,64 12136,8


refrigeración del producto 601425 9281,25 0 0 601425 9281,25

personal 1724405,76 26611,2 1360800 21000 3085205,76 47611,2

iluminación 3343680 51600 0 0 3343680 51600


ventiladores 1303266,141 20112,13181 0 0 1303266,14 20112,1318

Subtotal 7799004,001 120355 1432508,54 22106,6133 9231512,54 142461,613

Varios (5%) 461575,627 7123,08066

TOTAL 9693088,2 149584,69 538504,898

TABLA RESUMEN DE NECESIDAD TOTAL POR CÁMARA:

KJ/h

Cámara 1 742682,433

Cámara 2 1722022,14

Cámara 3 538504,898

TOTAL 3000509,471

CARGA TOTAL (CÁMARA 1 + CÁMARA 2 + CÁMARA3)

CARGA TÉRMICA

CÁMARA 1 CÁMARA 2

TRAMO mínima máxima mínima máxima

I 0

[126 * 300 * (40-32) * 2’97/168] * 60

= 320.760 KJ/h 0 0

II 320.760 KJ/h 320.760 KJ/h 0

[174 * 300 * (32-10) * 2’97/232] *

60 =882.090 KJ/h

III 320.760 KJ/h 0

[174 * 300 * (32-10) * 2’97/232] * 60

= 882.090 KJ/h

[174 * 300 * (32-10) * 2’97/232] *

60 =882.090 KJ/h

IV 0 0

[300 * 300 * (32-10) *

2’97/(232+168)] * 60 = 882.090 KJ/h

[300 * 300 * (32-10) *

2’97/(232+168)] * 60 =882.090 KJ/h

V 0 0

[300 * 300 * (32-10) *

2’97/(232+168)] * 60 =882.090 KJ/h 0

VI 0 0 0 0



CARGA TÉRMICA TOTAL

TRAMO mínima máxima

I 0 320.760 KJ/h

II 320.760 KJ/h 320.760 + 882.090 = 1.202.850 KJ/h

III 1.202.850 KJ/h 882.090 KJ/h

IV 882.090 KJ/h 882.090 KJ/h

V 882.090 KJ/h 882.090 KJ/h

VI 882.090 KJ/h (carga/expedición)

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

ESTUDIO DEL CICLO TERMODINÁMICO

Influencia de dos tipos distintos de refrigerante: 404-A

R-717

Dos sistemas distintos: Evaporador Simple

Evaporador Múltiple

Refrigerante

404-A R-717

Evaporador Simple (1) (2) mayor η económico

Refrigerante

¿?

Evaporador Múltiple (3)

Esquema del circuito:

EVAPORADOR SIMPLE


Cálculo termodinámico:

(1) A-404

Intercambiador liquido-vapor

Fluido refrigerante: 404-A

Recalentamiento del vapor: 16 ºC

Temperatura de evaporación: Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3

-6 ºC -3 ºC -3 ºC

Temperatura en la compresión: 23 + 14 = 37 ºC

Rendimiento de la Compresión 80%

ic’ = ic – 0,8 * (ia’ – ia)


CÁMARA 1

b

a a’

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,042

+37 °C 10 °C

-6 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

ia = 366,279 KJ/Kg

ia' = 379,767 KJ/Kg

ib = 404,54 KJ/Kg

ic = 262,5 KJ/Kg

ic' = id = ic - 10,7904 = 251,71 KJ/Kg

va' = 0,042 m3/Kg

q1 = ia - id = 114,57 KJ/Kg

m = Q1 / q1 = 6482,346 Kg/h

Q1= 742682,433 KJ/h

mv= m * va' = 272,258 m3/h

q1v = q1 / va' = 2727,8 KJ/m3

wt = ib - ia' = 24,773 KJ/Kg

Wt = (m * wt) / 3600 = 44,6 KW

q2 = ib – ic = 142,04 KJ/Kg

Q2 = m * q2 = 920752,4258 KJ/h

ε = q1 / wt = 4,6248

εc = T1 / ΔT = 6,2093

η económico = 74,48%

Nomenclatura utilizada:

m(Kg/h) Caudal másico de refrigerante

mv (m3/h) Masa volumetrica

q1v (KJ/m3) Potencia frigorífica volumétrica

Wt (KJ/Kg) Trabajo del Compresor

Wt, Nt (KW) Potencia Total

ε Coeficiente de eficiencia

εc Coeficiente de eficiencia de Carnot


CÁMARA 2

b

a a’

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,04

+37 °C 13 °C

-3 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

ia = 368,182 KJ/Kg

ia' = 382,045 KJ/Kg

ib = 406,81 KJ/Kg

ic = 262,5 KJ/Kg

ic' = id = ic - 11,0904 = 251,4096 KJ/Kg

va' = 0,04 m3/Kg

q1 = ia - id = 116,7724 KJ/Kg

m = Q1 / q1 = 14746,8249 Kg/h

Q1= 1722022,14 KJ/h

mv= m * va' = 589,872997 m3/h

q1v = q1 / va' = 2919,31 KJ/m3

ia' - ia = 13,863 ηc = 0,8

11,0904 KJ/Kg

q2 = ib – ic = 144,31 KJ/Kg

Q2 = m * q2 = 2128114,301 KJ/h

wt = ib - ia' = 24,765 KJ/Kg

Wt = (m * wt) / 3600 = 101,445867 KW

ε = q1 / wt = 4,71521906

εc = T1 / ΔT = 6,75



CÁMARA 3

b

a a’

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,04

+37 °C 13 °C

-3 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

ia = 368,182 KJ/Kg

ia' = 382,045 KJ/Kg

ib = 406,81 KJ/Kg

ic = 262,5 KJ/Kg

ic' = id = ic - 11,0904 = 251,4096 KJ/Kg

va' = 0,04 m3/Kg

q1 = ia - id = 116,7724 KJ/Kg

m = Q1 / q1 = 4588,4549 Kg/h

Q1= 538504,898 KJ/h

mv= m * va' = 183,538 m3/h

q1v = q1 / va' = 2919,31 KJ/m3

wt = ib - ia' = 24,765

Wt = (m * wt) / 3600 = 31,5647 KW

ia' - ia = 13,863 ηc = 0,8

11,0904 KJ/Kg

q2 = ib – ic = 144,31 KJ/Kg

Q2 = m * q2 = 662159,926 KJ/h

ε = q1 / wt = 4,71521906

εc = T1 / ΔT = 6,75



(2) R-717


Fluido refrigerante: R-717



-6 ºC -3 ºC -3 ºC


Rendimiento de la Compresión: 80%


CÁMARA 1

b

a a’

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,042

+37 °C 10 °C

-6 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

ia = 1583,33 KJ/Kg

ia' = 1627,77 KJ/Kg

ib = 1843,33 KJ/Kg

ic = 505,55 KJ/Kg

ic' = id = ic - 35,552 = 470 KJ/Kg

va' = 0,042 m3/Kg

q1 = ia - id = 1113,3 KJ/Kg

m = Q1 / q1 = 667,1 Kg/h

Q1= 742682,433 KJ/h

mv= m * va' = 28,018 m3/h

q1v = q1 / va' = 26508 KJ/m3

wt = ib - ia' = 215,56 KJ/Kg

Wt = (m * wt) / 3600 = 39,94 KW

ia' - ia = 44,44 ηc = 0,8

35,552 KJ/Kg

q2 = ib – ic = 1337,78 KJ/Kg

Q2 = m * q2 = 892433,0416 KJ/h

ε = q1 / wt = 5,1648

εc = T1 / ΔT = 6,2093



CÁMARA 2

b

a a’

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,04

+37 °C 13 °C

-3 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

ia = 1588,88 KJ/Kg

ia' = 1625,11 KJ/Kg

ib = 1810 KJ/Kg

ic = 505,55 KJ/Kg

ic' = id = ic - 11,0904 = 476,566 KJ/Kg

va' = 0,04 m3/Kg

q1 = ia - id = 1112,314 KJ/Kg

m = Q1 / q1 = 1548,14391 Kg/h

Q1= 1722022,14 KJ/h

mv= m * va' = 61,9257562 m3/h

q1v = q1 / va' = 27807,85 KJ/m3

wt = ib - ia' = 184,89 KJ/Kg

Wt = (m * wt) / 3600 = 79,5100907 KW

ia' - ia = 36,23 ηc = 0,8

28,98 KJ/Kg

q2 = ib – ic = 1304,45 KJ/Kg

Q2 = m * q2 = 2019476,323 KJ/h

ε = q1 / wt = 6,01608524

εc = T1 / ΔT = 6,75



CÁMARA 3

b

a a’

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,04

+37 °C 13 °C

-3 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

ia = 1588,88 KJ/Kg

ia' = 1625,11 KJ/Kg

ib = 1810 KJ/Kg

ic = 505,55 KJ/Kg

ic' = id = ic - 11,0904 = 476,566 KJ/Kg

va' = 0,04 m3/Kg

q1 = ia - id = 1112,314 KJ/Kg

m = Q1 / q1 = 484,13 Kg/h

Q1= 538504,898 KJ/h

mv= m * va' = 19,365 m3/h

q1v = q1 / va' = 27807,85KJ/m3

wt = ib - ia' = 184,89 KJ/Kg

Wt = (m * wt) / 3600 = 24,86 KW

ia' - ia = 36,23 ηc = 0,8

28,984 KJ/Kg

q2 = ib – ic = 1304,45 KJ/Kg

Q2 = m * q2 = 631523,75 KJ/h

ε = q1 / wt = 6,01608524

εc = T1 / ΔT = 6,75



EVAPORADOR MÚLTIPLE

Esquema del circuito:

CONDENSADOR

EVAPORADOR de

BAJA Tª

EVAPORADOR de

ALTA Tª

VÁLVULA de

REDUCCIÓN

DEPÓSITO de

MEZCLA

COMPRESOR

b.

.

.

.

.

.

.

. aC’

d

a1

a2 = a3d’

a

Refrigerante 404-A Refrigerante R-717

Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3 Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3

Rendimiento 74,48 69,86 69,86 83,18 89,13 89,13


Cálculo termodinámico:


Fluido refrigerante: R-717



-6 ºC -3 ºC -3 ºC


Rendimiento de la Compresión: 80%

ic’ = ic – 0,8 * (ia2 – ia1)

(3) R-717


CÁMARA 1, 2 Y 3

b

a1

a2 = a3

c’ c

d

d’

V (m3/Kg) = 0,04

+37 °C 13 °C

-3 °C

i (KJ/Kg)

P (bar)

a

ia1 = 1583,33 KJ/Kg

ia2 = ia3 = 1588,88 KJ/Kg

ic = 505,55 KJ/Kg

ic' = id1 =id2 = ic - 4,44 = 501,11 KJ/Kg

q1 c1 = ia1 - ic' = 1082,22 KJ/Kg

q1 c2 = q1 c3 = ia2 - ic' =1087,77 KJ/Kg

ia3 - ia1 = 5,55 KJ/Kg ηc = 0,8

ic' = 4,44 KJ/Kg

q2 c1 = Ib – ic = 1277,8 KJ/Kg

q2 c2 =

q2 c2 =

q2 c3

Ib – ic = 1277,8 KJ/Kg

Q1 C1 = m1 * q1c1 = m1 * 1082,2 = 742682,433 KJ/Kg

Q1 C2 = m2 * q1c2 = m2 * 1087,8 = 1722022,14 KJ/Kg

Q1 C3 = m3 * q1c3 = m3 * 1087,8 = 538504,898 KJ/Kg

Q2 C1 = m1 * q2c1 = 686,27 * 1277,8 = 876915,8 KJ/Kg

Q2 C2 = m2 * q2c2 = 1583,07* 1277,8 = 2022846,846 KJ/Kg

Q2 C3 = m3 * q2c3 = 495,04 * 1277,8 = 632562,112 KJ/Kg

m1 = 686,27 Kg/h

m2 = 1583,07 Kg/h

m3 = 495,04 Kg/h


mc = m1 + m2 + m3 = 686,27 + 1583,07 + 495,04 = 2764,38 Kg/h

mc * ia = 2764,8 * ia = m1 * ia1 + m2 * ia2 + m3 * ia3 = 328,35 * 1583,33 + 1583,07 * 1588,88 + 772,42 * 1588,88

ia = 1541,69 KJ/Kg

ib = 1783,33 KJ/Kg

wt = ib - ia = 1783,33 – 1541,69 = 241,64 KJ/Kg

Nt = mc * wt = 2764,38 * 241,64 / 3600 = 185,55KW

ε = Q1 TOT / wt = Q1 C1 + Q1 C2 + Q1 C3 / wt = 3003209,471 / (185,55 * 3600) = 4,49


TABLA RESUMEN:

• Evaporador Simple:

404-A R-717

Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3 Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3

q1 KJ/Jg 114,57 116,7724 116,7724 1113,3 1112,314 1112,314

m Kg/h 6482,346 14754,8249 4588,4549 667,1 1548,1439 484,13

Q1 KJ/h 742682,433 1722022,14 538504,898 742682,433 1722022,14 538504,898

q2 KJ/Kg 142,04 144,31 144,31 1337,78 1304,45 1304,45

Q2 KJ/h 920752,4258 2128114,301 662159,926 982433,0416 2019476,323 631523,75

mv m3/h 272,258 589,8729 183,538 28,018 61,925 19,365

q1v KJ/m3 2727,8 2919,31 2919,31 26508 27807,85 27807,85

wt KJ/Kg 24,773 24,765 24,765 215,56 184,89 184,89

Wt KW 44,6 101,44 31,56 39,94 79,51 24,86

177,6 144,31

ε 4,6248 4,715 4,715 5,1648 6,016 6,016

εc 6,2093 6,75 6,75 6,2093 6,75 6,75

ηeconómico % 74,48 69,86 69,86 83,18 89,13 89,13

Refrigerante

404-A R-717

Evaporador Simple (1) (2) mayor η económico

Refrigerante

R-717

Evaporador Múltiple (3)


•Evaporador Múltiple:

R-717

Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3

q1 KJ/Kg 1082,22 1087,77 1087,77

Q1 KJ/h 742682,433 1722022,14 538504,898

m Kg/h 328,35 1583,07 772,42

mc Kg/h mc1 + mc2 + mc3 = 2764,38

q2 KJ/Kg 1277,8 1277,8 1277,8

Q2 KJ/h 876915,8 2022846,846 632562,112

wt KJ/Kg 241,64

Nt KW 185,55

ε 4,49

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

ELECCIÓN DE EQUIPOS

Fluido refrigerante : R-404 Evaporadores

Compresores

Condensadores

EVAPORADORES

CÁMARA 1 Q1 = 742682,433 KJ/h = 206300,67 W 206300,67/8 = 25800 W 8 evaporadores de 25800 W cada uno


CÁMARA 2 8 evaporadores de 25800 W cada uno Q1 = 1722022,14 KJ/h = 478339,4833 W 478339,4833/8 = 59792 W


CÁMARA 3 8 evaporadores de 25800 W cada uno Q1= 538504,898 KJ/h = 149584,69 W 149584,69/8 = 18698,08 W


COMPRESORES

CÁMARA 1 1 compresor Wt = 44,6 KW


CONDENSADORES

CÁMARA 1 1 condensador Q2 = 876915,8 KJ/h = 243587 W


CÁMARA 2

1 condensador

Tipo Helicoidal: Q2 = 2022846,846 KJ/h = 561901,9 W Tipo Helicoidal compacto: Q2 = 2022846,846 KJ/h = 561901,9 W

561901,9/12 = 46825,16 W

12 condensadores


CÁMARA 3

1 condensador

Tipo Helicoidal Q2 = 2022846,846 KJ/h = 561901,9 W Tipo Helicoidal Compacto Q2 = 632562,112 KJ/h =

175711,7 W 175711,7/4 = 43928 W

4 condensadores


Condensadores Helicoilades: Condensadores Helicoilades Compactos:


TABLA RESÚMEN DE APARATOS:

EVAPORADOR COMPRESOR CONDENSADOR

Frimetal nº Bitzer nº Frimetal nº

Cámara 1 Plafón PIM/240 8 ESH743Y-40S 1 Helicoidal VCN/231 1

Cámara 2

Plafón TIM/4700 8 ESH743Y-40S 1 Helicoidal CBN/566

Helicoidal Compacto

CPN/418

1

1

2

Cámara3

Plafón PIM/1700 8 ESH736Y-40S 1 Helicoidal CBN/181

Helicoidal Compacto

CPN/418

1

4

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.







8. BIBLIOGRAFÍA.

BIBLIOGRAFÍA

López Vázquez, R. y Casp Vanaclocha, A. ; Tecnología de Mataderos"; 2004; Ediciones Mundi-Prensa.

Ainia Centro Tecnológico; "Guía de MTDs en España del sector cárnico"; 2005; Departamento de Calidad y Medio Ambiente.

Rapin, P.J.; "Instalaciones Frigoríficas"; 1997; Marcombo.

López Gómez, Antonio; "Las instalaciones frigoríficas en las industrias agroalimentarias: manual de diseño"; 1994; AMV-Ediciones.

Gracey, J.F.;" Mataderos industriales: tecnología y funcionamiento" ; 2001; Acribia.

Quiroga Tapias, G.; "Manual para la instalación del pequeño matadero modular de la FAO"; 1994; Organización de las Naciones

Unidas para la Agricultura y la Alimentación.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.navesysolares.com

http://www.construnario.com/diccionario/index.asp?susc=23500

http://www.garciacamara.com/index-esp.html

http://www.salvadorescoda.com/tarifas/PuertasCamaras.pdf

http://www.ine.es

http://www.mapa.es

http://www.degesa.com/calidad.htm

http://www.puc.cl/sw_educ/neurociencias/html/145.html

http://www.scielo.org.ve/img/fbpe/ic/v45n1/art08fig1.jpg

http://www.ffii.nova.es/puntoinfomcyt/legislacionsi.asp?idregl=36

PÁGINAS WEB

http://www.navesysolares.com/

http://www.construnario.com/diccionario/index.asp?susc=23500




http://www.salvadorescoda.com/tarifas/PuertasCamaras.pdf

http://www.ine.es/daco/daco42/dirce/dirce01.htm

http://www.mapa.es/

http://www.degesa.com/calidad.htm

http://www.puc.cl/sw_educ/neurociencias/html/145.html

http://www.scielo.org.ve/img/fbpe/ic/v45n1/art08fig1.jpg

calculo de la instalacion frigorÍfica de un matadero

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