cálculo y selección del equipo para refrigerar por
TRANSCRIPT
CALCULO y SELECCIÓI¡ DEL EQt IPO PARA REFRIGERAR POR
INilIERSION EN SALMUERA PARA UN BARCO PESCIUERO
EDUARDO ALEXANDER CASTRO LEDESIIA
OTAR ARBEY SANCHEZ ESTRADA
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CORPORACION UNÍVERSÍTARIA AUTONOIIA DE @CIDENTE
DI\/|SIOTTI DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA TECANrcA
SANTNGO DE CALI
1996
Univrrs,d¡4 A1'lii¡oma [j1' t;r;lÜntl
stccloN 8l8LiÜl t(.)A
CALCuLO Y SELECC6x DEL EQUIFO PARA REFRIGERAR FOR
NUERSION EN SALiIUERA PARA UN BARCO PESQUERO
EDUART}O ALEXANDER CASTRO LEDESTA
OUAR ARBEY SANCTIEZ ESTRADA
Trabaio de Grado para optar al Tft¡lo deIngeniero llecánico
DirectorEDUARDO SOTO VELASCO
krgenicro llecánico
CORPORACION UNÍVERSITATUA AUTONOTA DE OCCIDENTE
D|v|ÍiION DE INGENIERI,A
PROGRAIIA DE INGENIERüA HECANICA
SANTIAGO DE CALI
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Nota de aceptación
Aprobado por elcomité de grado en cumplimiento
de los requisitos exigidos por la Corporación
Universitaria Autónoma de Occidente para optar
por el título de Ingeniero Mecánico.
J U RADO
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Santiago de Cali, Agosto de 1.996
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AGRADECIMIENTOS
Nt\¡J Los autores expresan sus agradecimientos a:L.rñUi,'lV I FERNANDO SABOGAL; Gerente General de la empresa IMDIR Ltda.
EDUARDO SOTO VELASCO, Director del Proyecto.
LA CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE.
Y todas las personas que de una o otra forma colaboraron con la realización
() de este proyecto.F*rlHU
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IV
DEDICADO A
A OUIEN SE LO DEBO TODO
MARGARITA ROSA, MI MADRE
Alexander Castro
DEDICADO A
MI MADRE, MI PADRE Y A MIS HERMANOS
POR ESE GRAN APOYO OUE ME DIERON
Omar Sánchez
V
CONTENIDO
INTRODUCCION
1. CONTAMINACION Y ALTERACION DEL PESCADO
1 .1 CONTAMINACION
1 .2 ALTERACION
1.3 FACTORES OUE INFLUYEN EN EL TIPO Y VELOCIDAD DELA ALTERACION
1.3.1 Tipo De Pescado
1.3.2 Condiciones en que se encuentra el pescado antes deser capturado
1.3.3 Tipo y grado de contaminación bacteriana muscular
1.3.4 Temperatura
1.3.5 Tecnologfa en la pesca
1.3.6 Empleo de un antibiótico
1.4 SIGNOS DE ALTERACION
1.5 BACTERIAS OUE ALTERAN EL PESCADO
Pág
1
3
3
4
6
6
7
III
10
5
5
2. CONSERVACIÓN
2.1 MÉTODOS DE CONSERVACIÓN
2.1.1 Empleo de calor
2.1.2 Empleo de radiaciones
2.1.3 Conservación por disecación
2.1.4 Empleo de conservadores
2.1.5 Antioxidantes
2.1.6 Empleo de bajas de temperatura
2.1.6.1 Refrigeración
2.1.6.2 Congelación
2.1.6.2.1 Métodos de congelación
2,2 REFRIGERACION RAPIDA, CONTRA REFRIGERACION LENTA
3. PRINCIPIOS BASICOS DE REFRIGERACION
3.1 CICLO SIMPLE CON COMPRESION-VAPOR
3.2 SISTEMA TIPICO POR COMPRESION DE VAPOR
3.3 CICLOS REALES DE REFRIGERACION
3.4 EFECTOS DE SUBENFRIAMIENTO EN EL LIOUIDO
3.5 EFECTOS DEL SOBRECALENTAMIENTO EN EL VAPORDE SUCCION
3.6 EFECTOS DE LA PERDIDA DE PRESION DEBIDAS ALA FRICCION
3.7 PERDIDAS DE PRESION EN EL EVAPORADOR
3.8 PERDIDA DE PRESION EN LA TUBERfN OC SUCCION
11
12
12
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13
13
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28
28
vtl
3.9 PERDIDAS DE PRESION EN LA LINEA DE DESCARGUE YEN EL CONDENSADOR
3.10 PERDIDAS DE PRESION EN LA LINEA DE LIOUIDO
4. CALCULO DE LA CARGA DE ENFRIAMIENTO
4.1 CARGA POR PAREDES AISLADAS
4.2 CARGA POR CAMBIO DE AIRE
4.3 CARGAS VARIAS
4.4 CARGA DEL PRODUCTO
4.5 CALCULO DE LA CARGA DEL PRODUCTO
4.5.1 Calor cedido por el producto al enfriarse hasta supunto de congelación
4.5.2 Calor cedido por el producto durante su congelación
4.5.3 El calor cedido por el producto para enfriarse desde sutemperatura de congelación hasta la temperaturafinal de almacenaje
4.6 APLTCACTON
4.7 PROCEDIMIENTO
5. AISLAMIENTO TERMICO
5.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS AISLANTES
5.2 EL ORIGEN DE LOS AISLAMIENTOS
5.3 PRINCIPALES AISLAMIENTOS
5.3.1 El corcho
5.3.2 Fibra de vidrio
5.3.3 Poliestireno expandido
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29
29
31
31
32
32
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43
43
4M
vlll
5.3.4 Cloruro de polivinilo
5.3.5 Espumas de poliuretano
5.3.6 Vidrio celular
5.4 SELECCION DEL AISLAMIENTO
6. REFRIGERANTES
6.1 LUBRICANTES PARA LOS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS
6.2 MODIFICACIONES DE EOUIPOS USANDO REFRIGERANTESALTERNATIVOS
6.2.1 Pautas generales
6.3 SELECCION DEL REFRIGERANTE
7. TUBERIAS
7.1 MATERIALES PARA TUBERÍA
7.2 UNION Y LOCALIZACION DE TUBOS
7.3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO
7.4 DISEÑO GENERAL DE LA TUBERÍA DE SUCCION
7.5 DISEÑO GENERAL DE LA TUBERíA DE DESCARGA
7.6 DISEÑO GENERAL DE LA TUBERÍA DE LIOUIDO
7.7 APLTCACTON
8. SALMUERAS
8.1 SOLUC¡ON DE SALMUERAS
8.2 CARGA POR FRICCION EN LA TUBERIA
8.3 SISTEMA DE CIRCULACION DE SALMUERA
9. COMPRESOR
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ix
Un¡vcrsid¿d rotónom¡ de-6¡d¡nttstcct0,i ErBLt0tccA
9.1 CICLO DE COMPRESOR
9.2 DESPLAZAMIENTO DEL PISTÓN
9.3 EFICACIA VOLUMETRICA TOTAL Y REAL
9.4 FACTORES OUE MODIFICAN LA EFICACIA VOLUMETRICATEORICA
9.4.1 El claro del compresor
9.4.2 Relación de compresion
9.4.3 Efecto del estrangulamiento
9.4.4 Efecto del calentamiento del cilindro
9.4.5 Efectos de fugas por el pistón y válvulas
9.5 POTENCIA NECESARIA EN EL COMPRESOR
9.6 SELECCION DE COMPRESORES
9.7 APLTCACION
10. UNIDAD CONDENSADORA
10.1 SISTEMA DE CONDENSADORES ENFRIADOS CON AGUA
1O.2 COEFICIENTE DE CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE CALOR
10.3 FACTOR DE SUCIEDAD EN LOS TUBOS
1O.4 MANTENIMIENTO
10.5 ESPECIFICACION O SELECCION DE UN CONDENSADORENFRIADO CON AGUA
10.6 APLTCACTÓN
1O.7 PROCEDIMIENTO
11. UNIDAD EVAPORADA
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75
77
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78
78
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88
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90
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95
x
11.1 FACTOR DE CONDUCTANCIA TOTAL U
11.2 TIPOS DE EVAPORADORES PARA ENFRIAMIENTOSDE LÍOUIDOS
1 1.3 ENFRIADORES ACORAZADOS
11.4 ESPECIFICACIONES Y SELECCION DE UN EVAPORADORENFR¡ADOR DE SALMUERA
1 1.5 APLTCACTON
1 1 .6 PROCEDIMIENTO
,11.7 DISEÑO DE EVAPORADOR
12. BOMBAS
12.1 PRESION DEL FLUIDO
12.2 CARGA ESTÁTICA Y CARGA DE VELOCIDAD
12.3 CONSERVACION DE LA ENERGIA PARA FLUJO EN
RÉGIMEN PERMANENTE
12.4 CARGA DE FRICCION
12.5 CAUDAL
12.6 POTENCIA DE BOMBEO
12.7 CARGA DE BOMBEO
12.8 ESPECIFICACION Y SELECCION DE BOMBAS
12.8.1 Bomba para el condensador
12.8.2 Bomba para evaporador
12.9 SELECCION DE LA BOMBA
13. CONTROL DE FLUJO DE REFRIGERANTE
13.1 VALVULA DE EXPANSION TERMOSTATICA
97
99
99
101
101
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103
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107
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109
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116
XI
13.2 LOCALIZACION DE LA VALVULA DE EXPANSION Y EL
BULBO REMOTO
13.3 ESPECIFICACION Y SELECCION DE LA VALVULA
13.4 APLTCACION
14. TANOUE ACUMULADOR
14.1 APLTCACTON
CONCLUSION
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
118
119
121
122
123
124
126
127
xtl
F]GURA 1 .
FIGURA 2.
FIGURA 3.
FIGURA 4.
FIGURA 5.
FIGURA 6.
FIGURA 7.
FIGURA 8.
FIGURA 9.
FIGURA 10.
FIGURA 1 1 .
FIGURA 12.
F¡GURA 13.
FIGURA 14.
LISTA DE FIGURAS
Diagramas Ts Y Ph de un Ciclo de RefrigeraciónCompresión de Vapor
Distribución general
Bodega Del Barco (Tanque Para Salmura)
Organigrama de Reconversión
Disolución salmuera
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Por23
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35
54
65
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76
85
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112
117
Sistema de circulación de salmuera
Diagrama teórico de tiempo-presión
Diagrama presión-volumen
Evaporador Inundado Acorazado
S¡stema de circulación de agua de mar
Evaporador Inundado Acorazado
Válvula de expansión operada por piloto
Válvula de expansión térmica maestra ende agua tipo acorazado
Tanque acumulador
xill
un enfriador
LISTA DE GRAFICOS
GRAFICA 1. Resistencia al flujo de agua en tuberlatersa de cobre
GRAFICA 2. Res¡stencia al flujo de agua en tubomedianamente rugoso
Pág
69
xtv
TABLA 1 .
TABLA 2.
TABLA 3.
TABLA 4.
TABLA 5.
TABLA 6.
TABLA 7.
TABLA 8.
TABLA 9.
TABLA 10.
TABLA 1 1.
TABLA 12.
TABLA 13.
TABLA 14.
TABLA 15.
LISTA DE TABLAS
Datos de diseño para almacenaje
Origen de aislamientos
Caracterlsticas del poliestireno expandido
Propiedades del vidrio celular
Toneladas de refrigeración resultantes
Longitud equivalente en pies
Factores de corrección por caída de presión
Compresores Mycom tipo abierto
Factores de incrustación de agua
Factor de Rechazo de calor
Valores aproximados de coeficiente
Coeficientes de transferencia
Propiedades de la salmuera
Capacidad de bombas centrffugas
Selección de válvulas de expansión termostática
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93
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114
120
XV
RESUMEN
El proyecto tiene como objetivos principales el calculo y selección de los
diferentes dispositivos que intervienen en el proceso de la conservación del
pescado en alta mar.
Se realizará un estudio de la fisiologla del pescado, fuentes de
contam¡nación, métodos de conservación y su influencia en la calidad del
pescado, las bacterias que alteran elpescado, signos de alteración, factores
que influyen en el tipo y velocidad de alteración.
Se utilizará el sistema de refrigeración por inmersión en salmuera a baja
temperatura (-15 oC); el cual es productos óptimo para la conservación del
pescado en alta mar porque el espacio ocupado por este sistema es muy
compacto, Ia congelación es rápida e individual produciendo una delgada
capa de hielo evitando elsangrado y deshidratación del pescado. Se realizará
XVI
un estudio de la salmuera de su comportamiento con respecto a la
composición porcentual de agua y sal para una temperatura mínima de
aplicación.
En la parte referente a el sistema de refrigeración una vez calculada la carga
de la cámara de refrigeración de barco se procederá a calcular y
seleccionarán los dispositivos para los diferentes ciclos como son: Ciclo del
refrigerante, compresor; condensador enfriado por agua de mar; evaporador
enfriador de salmuera; válvula control de refrigerante; refrigerante y tubería.
Ciclo de la salmuera; tipo de bomba, filtro, salmuera y tuberla. Ciclo del agua
de mar; tipo de bomba y tuberfa.
xvtl
INTRODUCCION
La administración de una pesquera (tanto comercial, como deportiva) es
diffcil, los barcos pesqueros deben tener un amplio radio de acción debido
a la movilidad de los peces. Por ejemplo, un palanquero (Barco Pesquero),
puede pescar en tres océanos diferentes al año, durante una campaña un
barco pesquero pesca en aguas de varios pafses, de ahf la importancia de un
buen sistema de conservación del producto.
En el mundo entero, la demanda de pescado se ha incrementado
rápidamente en los tres últimos decenios y esta tendencia al incremento del
consumo de pescado va a continuar, Pero como en cualquier otro recurso,
éste es limitado. La producción no podrá seguir el vertiginoso ritmo del
pasado creciente. La mayor parte de las reservas principales ya están sobre
explotadas. La demanda, junto a la limitada oferta, está generando una dura
competencia entre pescadores de muchos pafses para apoderarse de muchas
reservas que aún están disponibles.
2
Todas las Naciones, tanto las que pescan hoy, como laS que lo vayan hacer
en el futuro, tienen la obligación de asegurar a las generaciones venideras
el que puedan seguir pescando. Los beneficiarios del recurso {pescadores
deportivos, industria pesquera Y consumidores) debe reconocer SUS
obligaciones comunes, para conservar y aprovechar esta reserva sanamente.
La conservación de este recurso y el control eficaz de las pesqueras
requieren información cientffica sobre la abundancia, elfndice de producción
y migración de peces, así como datos sobre el número de peces de cada
especie que se pesca y sobre el momento y el lugar de la captura. Esta
información, junto con la comprensión de los efectos que los cambios
ambientales de los océanos producen en la abundancia de los peces, debe
utilizarse para determinar las cantidades que pueden pescarse son sobre
explotar los bancos.
Para conservar las reservas de una especie, todas las capturas en el área
donde se mueve esa especie, deben ser controladas.
Limitar en una zona y no hacerlO en otra, nO Sirve de muCho para mantener
el nivel de abundancia deseado. Por lo tanto, controlar la cantidad de pesca,
o eltipo de aparejos que se pueden utilizar en una parte del grupo de peces,
sin demarcar los mismos tipos de lfmites en otra parte, proporciona poca o
ninguna protecc¡ón para este recurso.
1. CONTAMINACION Y ALTERACION DEL PESCADO
1 .1 CONTAMINACION
La flora microbiana del pez vivo depende de la que existe en las aguas
donde vive. La mucosidad que rec¡be la superficie externa del pez se ha
visto que contiene bacterias de los géneros pseudomonas, alcaligenes,
micrococeus, flavobacterium, corynebacterium, sarcina, serratia, vibrio y
bacillas.
Las bacterias que se encuentran en el pescado procedente de aguas
norteñas son en general psicrófilas, mientras que el pescado que procede de
aguas tropicales se encuentran más mesofilas. El pescado de agua dulce
lleva bacterias propias de dichas aguas, entre las que se encuentran muchas
representantes de géneros hallados en aguas saladas.
En los intestinos de los peces de cualquier origen se han hallado especies de
Alcaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium, Vibrio, Bacillas, Dostredium y
4
Escherichia. Los barcos pesqueros, cajas y otros recipientes, pesquerías y
pescadores pronto se contaminan abundantemente con estas bacterias y las
transmiten al pescado durante su limpieza y manipulación. El número de
Bacterias en la mucosidad y piel de un pez recién capturado en el océano
puede oscilar desde 100 por centfmetros cuadrados a varios millones, y el
fluido intestinal puede contener de 1.000 a 1OO millones por mililitros. El
tej¡do de las agallas puede albergar de 1.000 a millón por gramo. El lavado
reduce el contaje microbiano de la superficie.
El método de captura influye en la carga microbiana de la superficie externa
del pescado, por ejemplo, la pesca que se efectúa rastreando durante
bastante tiempo las proximidades del fondo, determina una fuerte
contaminación Bacteriana al disiparse el sedimento del fondo, que se refleja
en la carga microbiana inicial del pescado.
1.2 ALTERACION;
El Pescado y los demás productos alimenticios procedentes del mar pueden
alterarse, igual que la carne, por autolisis, oxidación y actividad Bacteriana.
La mayor parte de los pescados son mas susceptibles al deter¡oro que la
carne, por que la autolisis, o acción de las encimas que contienen, es más
rápida y por que su acción, menos áctda, favorece el desarrollo Bacteriano.
La mayor parte de los aceites del pescado son también más susceptibles al
5
deterioro por en rancimiento oxidat¡vo que la mayorfa de las grasas
normales. Los expertos coinciden en que la alteración microbiana de los
pescados no comienza hasta pasado el rigor mortis, cuando las fibras
musculares empiezan a liberar su jugo. Cuanto más se retrase este
momento, tanto más será el perfodo de conservación del pescado. El rigor
mortis se va acelerando por las sacudidas previas a la muerte la falta de
oxfgeno y la temperatura elevada, y se traza en un cambio por un PH bajo
y refrigeración. El PH del pescado tiene una gran influencia no solo por sus
efectos sobre el rigor mortis, sino también por su efecto sobre el desarrollo
bacteriano, cuanto más bajo sea el PH muscular, tanto más lenta será la
descomposición bacteriana. El descenso de PH es consecuencia de la
conservación del glucógeno en ácido láctico.
1.3 FACTORES OUE INFLUYEN EN EL TIPO Y VELOCIDAD DE LA
ALTERACION
El tipo y velocidad de alteración del pescado varlan con una serie de
factores:
1.3.1 Tipo De Pescado. Las diversas formas de pescado difieren
notablemente en su susceptibilidad a las alteraciones. Algunos peces planos
se alteran con más facilidad que los redondeados al sufrir todo el proceso
de rigor mortis con mayor rap)dez, pero ciertas especies planas de sus
6
músculos (PH 5,5). Algunos pescados grasos se estropean rápidamente por
la instauración de las grasas, QU€ las hace extraordinariamente susceptibles
a la oxidación.
Los pescados ricos en oxido de trimetilamina adquieren pronto un a
"pescado estropeado" por la rápida aparición de trimetilamina.
1.3.2 Gondiciones en que se encuentfa el pescado antes de ser capturado.
Los pescados que estén agotados como consecuencia de sacudidas, falta
de oxlgeno y manipulación excesiva, se conservan peor que los capturados
en mejores condiciones porque la cantidad de glucógeno que.resta en sus
músculos es menor y también, Por lo tanto, el descenso de PH. Los
pescados cuyo tubo digestivo contiene gran cantidad de alimentos se
estropean más de prisa que aquellos que lo tienen vacfo.
1.3.3 Tipo y grado de contaminación bacteriana muscular. Las bacterias del
pescado pueden proceder del barro, agua operarios que la manipulan,
pelfcula viscosa que los recubre, o del contenido intestinal, se supone que
penetran por las agallas, a part¡r de las cuales se difunden a través del
sistema vascular, por todo el organismo, o penetran en el intestino y de este
modo en la cavidad visceral.
7
Aún entonces, su crecimiento o desarrollo se halla fundamentalmente
localizado, pero los productos de la descomposición bacteriana penetran en
la carne rápidamente por difusión.
En térm¡nos generales, en cuanto mayor sea la carga bacteriana de pescado,
tanto más rápida sea su alteración. La contam¡nación tiene lugar algunas
veges en la red, otras en el barCo, en OCaSioneS en el muelle o en las
factorfas. Si el Oescado no se ha eviscerado, sus músculos no están
contam¡nados por el contenido intestinal, pero puede adquirir un olor en
virtud a la alteración sufrida por el alimento allf almacenado y por la difusión
de productos de descomposición. Este proceso esta además acelerado por
la acción de encimas en eltubo d¡gestivo que tienden a perforar las paredes
intestinales, la pared abdominal y las vfsceras, que por sl mismas ya tienen
en alto grado de autolicis. La elevación en el mismo barco pesquero extiende
por todo el pescado las bacterias intestinales y las que proceden de la
mucosidad superficial. pero un lavado cuidadoso eliminara la mayor parte de
las mismas y la refrigeración subsiguiente evitará la actividad de las que
queden. Cualquier alteración sufrida por la piel o las mucosas disminuye la
capacidad de conservación del pescado.
1.3.4 Temperatura. El llmite de conservación más frecuentemente utilizado
es la refrigeración, que evita o retrasa, el crecimiento bacteriano y en
consecuencia la alteración del pescado. El enfriamiento debe ser tan rápido
Icomo sea pos¡ble hasta alcanzar 32 a 30,2 oF (O a - 1 oC) y conviene
mantener a estas temperaturas. Es ev¡dente que cuanto más alta sea la
temperatura, más corto será el tiempo de conservac¡ón. La congelación
inmediata y rápida es el método aún más efectivo para conservar el
pescado.
1.3.5 Tecnologla en la pesca. El problema con redes pelágicas de deriva
es de ¡mportancia debido a su impacto sobre los recursos vivientes. La
pesca con trasmallas usadas de manera inapropiada pueden causar serios
problemas de calidad. Estos se refieren particularmente a trasmallas
fondeadas que deben examinarse a intervalos regulares y remover cualquier
pescado capturado. Si por ejemplo, no se puede hacer la inspección debido
a las malas condiciones del tiempo, estas redes cont¡núan pescando y la
calidad del pescado recogido después de la tormenta puede variar
considerablemente, de muy fresco hasta extremadamente deteriorado,
dependiendo de cuanto tiempo estuvo en la red y la temperatura del agua.
1.3.6 Empleo de un ant¡b¡ótico. En forma de baño.
1.4 SIGNOS DE ALTERACION
En el pescado el paso del estado fresco al de alteración y su subsiguiente
inutilización para el consumo es un cambio gradual, por lo que es difícil
I
decidir cuando aparece el primer síntoma de deterioro. Hace ya muchos años
que se anda buscando un sistema práctico para determinar la calidad del
pescado; hasta el presente no existe ninguno realmente sat¡sfactorio.
Muchos investigadores son partidarios de utilizar un método basado en la
producción de trimetilamina en los pescados procedentes del mar; otros se
declaran partidarios de la utilización de otras pruebas qulmicas, tales como
la determinación de ácidos o bases volátiles, la determinación del PH, del
contenido de ácido sulfúrico, amonfaco, etc. Las pruebas bacteriológicas son
demasiado lentas para poder utilizarse.
Riat y Shewan (1949) describen la serie de modificaciones fácilmente
identificables que el pescado va sufriendo a medida que se altera hasta
convertirse finalmente en un producto pútrido. Su caracterfstico aspecto
brillante palidece y adquiere un color pardo, amarillo o aspecto sucio la capa
viscosa de la superficie aumenta, especialmente en las aletas y agallas, la
pupila se enturbia y la cornea se hace opaca. Las agallas adquieren primero
un color rosa pálido y finalmente amarillo grisáceo. Los músculos se
ablandan, exceden jugo al oprimirlos y se hunden fácilmente con los dedos;
La espina dorsal puede separarse del mascullo con facilidad y en sus
proximidades, sobre todo cerca de la cola, se desarrolla una coloración
pardo rojiza como consecuencia de la oxidación de la hemoglobina.
10
Entre tanto se suceden los siguientes olores: Al principio un olor fresco,
como a algas, que es normal; a continuación un olor como dulzón seguido
de un olor a pescado pasado, que se debe a la trimetilamina; luego
amoniacaly finalmente, pútrido, debido alsulfidrico, indoly otras sustancias
con olores desagradables. Los pescados grasos pueden tener además olor
rancio. La cocción acentúa estos olores.
1.5 BACTERIAS OUE ALTERAN EL PESCADO
Las bacterias que con mayor frecuencia participan en la alteración del
pescado son las que forman parte de la flora que se encuentra en la capa
mucosa que recibe la superficie externa del mismo y las de su contenido
intestinal.
El pescado que se mantiene en el refrigerador suele aumentar el número de
pseudonas, mientras que el de Acmcromobacter disminuye y el de
Flavobacterium aumenta al principio, para disminuir mas tarde. Elsabor que
tiene a veces el pescado a moho o a tango se ha atr¡bu¡do al crecimiento de
Streptomyces en el barro del fondo del agua, y la absorc¡ón de su olor
caracterfstico por el por el pescado. El desarrollo de ciertas levaduras no
espuruladas determinan a apariciones de un color achocolatado, algunos
organismos patógenos que parasitan el pescado pueden dar a lugar a la
aparición de diversas lesiones y modificaciones del color.
2. CONSERVACTÓN
De todos los alimentos cárnicos, el pescado es el mas susceptible a la
autolisis, oxidación e hidrólisis de las grasas y a la alteración microbiana. De
aqul que su conservación implique tratamientos conservadores rápidos, a
menudo mas rigurosos comparat¡vamente que los utilizados con la carne.
Cuando el pescado se obtiene lejos del lugar que radica la industria pesquera
deben emplearse métodos conservadores en el mismo barco de pesca.
La evisceración se efectuará rápidamente con el fin de frenar la actividad
encimatica digestiva en el propio intestino. Las ventajas obtenidas al eliminar
el paquete intestinal se puede perder si se retrasa el enfriamiento del
pescado.
El rigor mortis es muy importante en la conservación del pescado, pues
retarda la autolisis post-mortem y la descomposición bacteriana. Por lo tanto
cualquier procedimiento que prolonga el rigor mortis hará también mas largo
12
el tiempo de conservación. Asl se prolongara cuando el pescado ha tenido
poca actividad muscular antes de su muerte y no ha sido manejado con
brusquedad ni ha sido amallugado durante su captura y tratamiento
posterior. También es mas largo en unas clases de peces que en otras.
Los métodos antisépticos para la reducción de la contam¡nación en los
alimentos marinos son diflciles de llevar a cabo. Sin embargo, ciertas
contaminaciones anteriores al tratamiento industr¡al del pescado pueden
evitarse manteniendo, tanto en los barcos como en las factorías pesqueras,
condiciones máximas de limpieza e higiene. La aplicación de soluciones,
detergentes, ayuda a reducir la carga microbiana del pescado.
2.1 METODOS DE CONSERVACIÓN
2.1.1 Empleo de calor. Este método se emplea en la conservación de
crustáceos como son los cangrejos, langostas, ostras, etc. Se cuecen vivos
por encima de 25O oF ( 121 oC ). Para facilitar la séparación de la carne de
la cascara. También es utilizado en productos empacados al vaclo
(enlatados).
2.1.2 Empleo de radiaciones. La conservación del pescado por medio de
rayos ultravioleta ha sido estud¡ada experimentalmente, pero no puestas en
práctica. Existen experimentos que indican que la irradiación gamma o
catódica de ciertos t¡pos de pescados puede ser conveniente.
13
2.1.3 Conservación por disecación. Este método consiste en la disecación
al eliminar o retener la humedad de forma que no sea utilizable. La oxidación
de los aceites de pescado no se retrasa y puede ser causa de alteración. La
disecación por salazón se emplea mucho menos que ant¡guamente, pero
este método de conservación se usa todavfa en gran escala en todo el
mundo.
La disecación Naturaldel pescado (alsol) tanto de pescados pequeños como
de los grandes cortador a t¡ras, apenas si se practica.
Parte del efecto conservador del ahumado se debe a la disecación del
pescado.
2.1.4 Empleo de conservadores. En Europa se ha conseguido cierto
mejoramiento en la conservación delpescado con el empleo de ácido bórico,
que en muchos pafses es legal. Los resultados obtenidos con el ácido
benzoico y benzoatos han sido mediocres. Se ha señalado que los n¡tratos
de sodio y potasio prolongan la capacidad de conservación del pescado,
siendo permitido en algunos pafses otras sustancias qufmicas con poder
conservador, hipocloritgs, agua oxigenadas, dióxido de azufre, ácido
undecilénico, ácido cáprico, ácido p-oxi-benzoico y cloroformo.
en forma de baño,
14
como sonTambién se han
clortetraciclina y
empleado antibióticos
la oxitetraciclina.
El almacenamiento de pescados en atmósferas que contienen
aproximadamente un 2Oo/o de dióxido de carbono se ha visto que se
prolonga su conservación.
El adobado del pescado puede significar salado o acidificación con vinagre,
vino, o crema ácida. Los arenques se trata de varios modos : con sal,
especias y ácidos. La combinación de estos tratamientos, junto con su
inclusión en un recipiente impermeable alaire, sirve para la conservación del
pescado, aun es cierto que la refrigeración debe utilizarse en algunos
productos.
En un principio se ahumaba el pescado con t¡ras conservadoras, por lo que
el ahumado era ¡ntenso, mas actualmente se dispone de la apertización
(enlatados), refrigeración y conservación para alargar el tiempo de
conservación, la mayor parte del pescado sufre un ahumado ligero que le da
el sabor tfpico. El t¡po de ahumado, asf como los métodos conservadores
usados conjuntamente con el, varia con la clase de pescado, con el tamaño
y perlodo de conservación deseado. El pescado que se va ahumar,
generalmente se eviscera y decapita, pudiéndose ahumar sin abrirlo en
hojas, abierto o en forma de filetes. Generalmente, el ahumado suele ir
15
pres¡d¡do de salazón ligera o intensa, que sirve no solamente para dar sabor
al pescado, sino también para mejorar su conservación, reduciendo el
conten¡do de humedad. La disecación se favorece con el empleo de
corrientes de aire.
2.1.5 Antioxidantes. Las grasas y aceites de muchos pescados,
especialmente de los mas grasos, tales como arenque, caballa, mujil y
salmón, se componen de una gran cantidad de ácidos no saturados por lo
que están sometidos a cambios, como enrarecimiento oxidativo, asf como
alteraciones del color. Para impedir estos cambios se pueden aplicar
antioxidantes en forma de baño, revestim¡ento, capa de hierro o gases, se
han obtenido buenos resultados con ácido nordihidroguayarético, et¡lgalato,
ácido ascórbico y otro compuesto, junto con el almacenamiento en dióxido
de carbono.
2.1.6 Empleo de bajas de temperatura. Después de la muerte de los peces
y demás animales marinos se inicia la autolisis, que se acompaña de
ablandamiento y producción de olores anormales al mismo tiempo que el
crecimiento microbiano se hace incontrolable, como ya se ha señalado, estas
alteraciones se retrasan por el rigor mortis. Los peces que estén repletos de
comida parece que se descomponen con mas rapidez que los otros.
16
2.1.6.1 Refilgeración. La conservación del pescado por refrigeración o
enfriamiento es en el mejor de los casos, solo temporal, debido a que el
músculo del pescado sufre autolisis y sus grasas se oxidan a temperaturas
poco superiores a las de congelación (rápidamente con temperaturas de
verano o climas tropicales a nivel del mar y tanto mas lenta cuanto mas se
acerque a la temperatura de congelación). Cuando el pescado se obtiene
lejos de la planta pesquera, la necesidad de refrigeración en el barco
depende de la clase de pescado, de que sea eviscerado o no y de la
temperatura atmosférica.
En general, los pescados pequeños se alteran con mas facilidad que los
grandes y los eviscerados sufren la autolisis mas lentamente que los
fntegros, pero son muchos mas alterables por las bacterias. Cuando la
temperatura ambiental es cálida las bacterias y la distancia a que han de
transportarse grande, tanto el pescado como los productos derivados deben
refrigerarse en el barco pesquero, con el fin de retrasar la autolisis y el
crecimiento microbiano hasta que tales productos se vendan o se sometan
a tratamientos conservadores ulteriores. El tiempo de conservación o
almacenamientos en refrigeración varia mucho con el tipo de pescado, pero
en la mayorfa de los casos no suele ser demasiado largo. El
almacenamlentos en refrigeración en la costa es útil únicamente cuando los
mercados de ventas al por menor están próximos y el consumo es rápido.
En cualqu¡er otro caso deberán emplearse otros métodos de conservación,
17
otales como congelac¡ón, salazón, disecación, apertización (enlatados)
combinación de estos métodos.
2.1.6.2 Congelación. La mayorfa de los métodos modernos de congelación
de alimentos, inicialmente se emplearon para la congelación del pescado.
Antiguamente, se utilizaban en cajas, mezclados con hielo triturado. Este
sistema tiene inconvenientes de que al deshelarse el origen del frfo, produce
el exceso de agua, dejando al pescado en estado blando, o sea, el principio
del proceso de disgregación celular o corrupción, favorecido por la constante
variación de temperaturas, con la refrigeración mecánica se emplea la
congelación intensa, siendo el pescado escarchado " es decir, recubierto
exter¡ormente de una capa de hielo. El pescado ¡ntegro, especialmente el de
mayor tamaño, se congela por medio de la congelación intensa en aire o en
salmuera. Como ocurre con la carne, el pescado congelado por un método
rápido, una vez descongelado, es mucho mas parecido que el pescado
fresco que el que se congela mucho mas lentamente. Durante el
almacenamiento, las grasas de los pescados están sujetas a la hidrólisis y
oxidación.
La congelación destruye parte, pero no todos los microorganismos
presentes, por lo que después de la descongelación puede tener lugar el
desarrollo microbiano. El pescado, desde el momento de su captura, posee
bacterias psicrotrotas, la mayorla de las cuales sobreviven a la congelación
18
y pueden desarrollarse cuando el pescado se descongela; Por ejemplo,
Pseudomonas, Alcaliquenes y Flavobacterium. Las esporas de tipo E de
Clostruidium, pueden sobrevivir a la congelación y almacenamiento y crecer
después formando tox¡nas cuando la temperatura sobrepasa los 38 oF
(3,3oC). Los productos marinos congelados cont¡enen pocos enterocolos,
coliformas o estafilococos. El industrialdurante las operaciones de troceado,
empanadas y albardado. La precoción solo reduce de modo apreciable el
número de coliformas.
2.1.6.2.1 Mótodos de congelación. Si se efectúa con un buen método,
permite una conservación a largo plazo sin que se modifiquen
substancialmente sus condiciones organosépticas. La temperatura, el estado
hidrométrico del aire, el método seguido, y la modalidad de aplicación,
influencia la velocidad de congelación de la que depende substancialmente
la congelación de la dimensión de los cristales de hielo que se forman en los
tej¡dos como consecuencia de la cristalización del agua de constitución. El
tamaño es tanto mayor cuanto mas lenta es la congelación, Y por tanto
cuanto mayores sean estos cristales mas se producirán Ias roturas de la
membrana celular que trae consigo la descongelación.
Prácticamente solo interesa la congelación que da lugar a cristales tan
pequeños que no son capaces de romper esta membrana celular y que una
vez descongelados conservan las caracterlsticas del pescado fresco.
19
Fundamentalmente los sistemas de congelación son dos : En atmósfera
enfriada (congelación seca) y congelación en salmuera (congelación
húmeda). La congelación seca se obtiene sometiendo al pescado a corrientes
de aire frío que lleva una velocidad de dos a tres metros por segundo, y una
temperatura entre los 5 oF y -22 oF ( -15 oC a -30 oC ). En estas condiciones
se produce una disecación general del pescado que llega al 8olo del peso
inicial.
La congelación húmeda puede efectuarse de tres maneras. La primera, por
contacto directo es la salmuera dentro de recipientes de metal perforados,
con salmuera a -4oF ( -20 oC ). Mantenida en movimiento. Después, viene
elmétodo de contacto indirecto con la salmuera, colocándose alpescado en
recipientes cerrados de forma que no tengan contacto directo con la
salmuera que en este caso debe rebajarse a temperaturas entre los -13 oF
y -4O oF ( -25 oC y -40 oC ). Y, finalmente, viene el sistema de lluvia de
salmuera nebulizada, que significa un sistema intermedio entre la
congelación rápida con aire y la congelación con salmuera. Consiste en
someter al pescado a la acción de una salmuera que se halla al rededor de
los -4 oF ( -20 oC ), finlsimamente dividida o atomizada.
Cualquiera que sea elsistema de congelación utilizado es indispensable que
la conservación de dicho pescado congelado se lleve a cabo a una
temperatura lo mas baja posible, a fin de evitar la alteración de la grasa, la
20
cual, aun en un gran grado mín¡mo, s¡empre sufre alteraciones que se
aprecian grandemente por el consumidor. Por tal razón, cuando la
conservación debe prolongarse por varios meses, se da como buena una
temperatura al rededor de los -22 oF (-30 oC ), con un grado higrométrico
del 90 al95oh, aunque, prácticamente puede estimarse una temperatura de
una buena conservación, tanto de los pescados enteros como divididos en
filetes, a condición de que no se eleve a mas de diez meses el período de
conservación.
2.2 REFRIGERACION RAPIDA, CONTRA REFRIGERACION LENTA
D. K. Trosler, en 1.932, hizo un resumen de los puntos de R. Plank, H. F.
Taylor. C. Birdseye y G. A. Fitzgerald y estableció lo siguiente como
ventajas principales del congelamiento rápido con respecto al congelamiento
lentos:
o Los cristales de hielo formados son muchos mas pequeños y, por lo
tanto, causan menos daño a las células.
o Siendo el perfodo de congelación mucho mas corto, hay menos
tiempo para la difusión de sales y para la separación de agua en
forma de hielo.
21
. El producto es fácilmente enfriado abajo de la temperatura a la cual
las bacterias y mohos no puedas tener crecimiento con lo cual se
evita Ia descomposición durante el congelamiento.
La principal diferenc¡a entre congelam¡ento rápido y congelam¡ento lento esta
en ef tamaño, número y localización de los cristales de hielo formados en el
producto a medida que las células fluidas son solidificadas. Cuando un
producto es congelado en forma lenta, se forman cristales de hielo grandes
con los que se puede causar serio daño en los tei¡dos del producto a través
del rompimiento celular por otra parte, con congelam¡ento rápido se
producen cristales de hielo mas pequeños, los cuales casisiempre se forman
dentro de las células con lo que se reduce grandemente a rompimiento
celular. Con respecto a la acción de derretir, el pescado se expone a
considerable daño celular, esta propenso a perdidas excesivas de cantidad
de flujo a través del " goteo ' o ' sangrado ' lo que da por resultado
perdidas en su calidad.
3. PRINCIPTOS BASICOS DE REFR¡GERACION
3.1 CICLO SIMPLE CON COMPRESION-VAPOR
Está constituido por una unidad de masa de un fluido en el cual no hay
reacciones qufmicas. En refrigeración, a medida que el refrigerante circula
a través del sistema este pasa por un número de cambios en su estado o
condición, cada uno de los cuales es llamado proceso.
El esquema del equipo para el ciclo junto con el diagrama Ts y Ph del ciclo
ideal, se muestra en la Figura 1. 'el vapor saturado en el estado (1). se
comprime isoentrópicamente en el compresor hasta el estado l2l. de vapor
sobrecalentado; ocurre una reducción en volumen especifico del refrigerante
lo cual aumenta la presión y la temperatura del vapor. El refrigerante entra
entonces en un condensador, donde se elimina el calor a presión constante
hasta que el fluido se convierte en liquido saturado en el Estado (3). para
devolver el fluido a una presión inferior se expande a través de una válvula
hasta el estado (4). El 3-4, es un proceso de estrangulamiento y sin cambio
23
32
i __
I uon(tensa(tor l_
_ ____,I
¡lVálvula rle exparrsión
o ttrbo capilar\t f-.----
L----,
4 We,rrre.ra
-+f Cotrtn,".n, lf
lll--I! l-_-----r i,*--_l Eva¡rorarlor l______l4tl
lll
FIGURA 1.
0entr ada
Diagrama Ts Y Ph de un Ciclo de Refrigeración por
Compresión de Vapor
Termodinámica: Wark
(Js nt¡¿a
FUENTE:
24
de entalpfa (h3 = h4). En el estado 4 el refrigerante es una mezcla húmeda
de baja calidad. Finalmente, pasa a través del evaporador a presión
constante. El calor entra en el evaporador desde la fuente a temperatura baja
y evapora el fluido hasta el estado de vapor saturado. Asf se completa el
ciclo.
3.2 SISTEMA TIPICO POR COMPRESION DE VAPOR
En la Figura 2, se muestra un sistema típico de un sistema simple por
compresión de vapor para enfriamiento de salmuera y agua de mar como
medio condensante. Los diferentes dispositivos del sistema son (1). un
compresor de vapor, cuya función es eliminar elvapor delevaporador, elevar
la temperatura y presión delvapor hasta un punto tal que elvapor pueda ser
condensado a través de un medio condensante normalmente disponible
(agua de mar) (2). un gas caliente o tubo de descarga el cual entrega el
vapor de presión y temperatura alta desde la descarga del compresor
hasta el condensador; (3). un condensador, cuyo propósito es proporcionar
una superficie de transferencia de calor a través de la cual pasara calor del
vapor refrigerante caliente, hacia el medio condensante (agua de mar) (4).
un tanque receptor, el cual proporciona almacenamiento de lfquido
condensado de tal modo que el suministro constante del lfquido este
disponible para las necesidades del evaporador (5). una tubería de líquido,
la cual conduce el refrigerante ¡lqu¡do desde el deposito hasta el control de
Étt5(!'
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26
refrigerante (6). un control del flujo de refrigerante cuya función es medir la
cantidad apropiada de refrigerante, usada en el evaporador y reducir la
presión del líquido que llega al evaporador de tal modo que la vaporización
del líquido en el evaporador de tal modo que la vaporización del líquido en
el evaporador se efectúa a la temperatura deseada; (7). un evaporador cuya
función es proporcionar una superficie para transferencia de calor a través
del cual pueda pasar calor del producto refrigerado hacia el refrigerante
vaporizante, y (8). un tubo de succión, en el cual se transporta el vapor de
baja presión desde el evaporador hasta la entrada en la succión del
compresor.
3.3 CICLOS REALES DE REFRIGERACION
El ciclo de refrigeración compresión - vapor simple difiere de un ciclo real,
básicamente en las perdidas de presión producidas en las tuberías en los
equipos de refrigeración. En el primero no se toman en cuenta estas
perdidas, además no se consideran otros casos producidos en la práctica
como son: El Subenfriamiento del líquido, el sobrecalentamiento del vapor
en la tubería de liquido se supone que la compresión es isoentrópica lo que
realmente no ocurre. A continuación consideremos los efectos de estos
cambios en un ciclo real de comprensión - vapor.
27
3.4 EFECTOS DE SUBENFRIAMIENTO EN EL LIOUIDO
Cuando el líquido es subenfriado antes de que llegue a la válvula de
expansión del refrigerante, se incrementaría el efecto enfriante por unidad
de masa, y por consiguiente se reduce la rata masica.
El Subenfriamiento de líquido se puede efectuar de varias formas, cuando el
condensador es enfriado con agua puede hacerse circular el agua antes de
llegar al condensador; en la línea de líquido por medio de un subenfriador,
de tal manera que el agua se disminuya su temperatura de entrada al
condensador y así aumentar su eficiencia obteniéndose líquido subenfriada
hacia la válvula de expansión, también es muy utilizado un intercambiador
de calor succión - líquido en contra flujo, el cual al fluir el vapor frío por el
intercambiador absorbe el calor del líquido caliente, de tal manera que el
líquido es subenfriado y elvapor es sobrecalentado, obteniéndose una mayor
eficiencia de ciclo, también evitando la formación de gases en la línea de
líquido y que se han arrastrado condensados al compresor.
3.5 EFECTOS DEL SOBRECALENTAMIENTO EN EL VAPOR DE SUCCION
Básicamente lo que ocurre cuando existe un sobrecalentamiento del vapor
aumenta el volumen específico del vapor de succión, esto indica que el
compresor por cada libra de refrigerante en circulación, deberá comprimir un
volumen mayor de vapor saturado a que si es vapor saturado.
recomienda que la temperatura del vapor de succión este mínimo a 15
arriba de la temperatura de evaporación.
3.6 EFECTOS DE LA PERDIDA DE PRESION DEBIDAS A LA FRICCION
El refrigerante experimenta una caída de presión, para vencer la fricción
tuberías, evaporador, condensador, tanque recibidor, válvulas y pasos
compresor.
3.7 PERDIDAS DE PRESION EN EL EVAPORADOR
Las perdidas de presión que ocurren en el evaporador son debido a la
fricción del fluido, debido a la viscocidad, y también con las paredes de la
tubería del condensador. Como resultado de la caída de presión. En el
evaporador, el vapor sale a una temperatura y presión de saturación menor
y con un volumen específico mas grande que el que se tendría al no ocurrir
ninguna caída de presión.
3.8 PERDIDA DE PRESION EN LA TUBERíA OT SUCCION
Al igual que la caída de presión en el evaporador, esta causa que el vapor
de la succión llegue al compresor a una menor presión y en una condición
28
Se
"F
en
de
29
de expansión tal que la razón de flujo de volumen por capacidad unitaria y
la potencia requerida por capacidad unitaria ambos son incrementados.
3.9 PERDIDAS DE PRESION EN LA LINEA DE DESCARGUE Y EN EL
CONDENSADOR
Tiene como consecuencia reducir la capacidad del compresor debido a las
mas altas presiones de descarga que resultan y a la mas baja eficiencia
volumétrica.
La temperatura de succión no es muy afectada, lo que indica que tiene muy
poco efecto en la capacidad del sistema. Sin embargo, el consumo de
electricidad aumentara debido al aumento de la presión de descarga.
3.10 PERDIDAS DE PRESION EN LA LINEA DE LIOUIDO
Si en la línea de líquido ocurre una disminución de su presión abajo de la
temperatura de saturación puede ocurrir una evaporación que impida el buen
funcionamiento de la válvula de expansión y por lo tanto un abastecimiento
incorrecto de refrigeración al evaporador.
30
También existen otras perdidas de presión en el sistema que es necesario
nombrarlas para mayor información como son las perdidas de presión en el
tanque recibidor, en las válvulas de succión, apertura de válvulas de
descarga y reducciones de área en tuberías y equipos.
4. CALCULO DE LA CARGA DE ENFRIAMIENTO
La carga de enfriamiento de un barco pesquero se divide en cuatro fuentes
de calor que suministran la carga, la suma de estas cargas parciales será la
carga de enf riamiento total del equipo dependiendo del sistema de
refrigeración algunas cargas se reducen como en el enfriamiento de líquido
que es nuestro caso.
4.1 CARGA POR PAREDES AISLADAS
Ya que no existe ningún aislamiento perfecto existen fugas de calor que
pasa del exterior al interior de la bodega debido a la diferencia de
temperatura. En esta aplicación de enfriamiento con líquido, donde el área
exterior de la bodega es relativamente pequeña y las paredes están muy bien
aisladas, la fuga de calor a través de las paredes es muy pequeña con la
carga total de enfriamiento pero su efecto por ser pequeño no se puede
despreciar. La fórmula de fourier nos permite calcular este parámetro.
32
K : Coeficiente de conductividad térmica Btu/h
A : Área 1pie2)
AT : diferencia de temperatura entre el exterior
L : Ancho de aislante (pie)
x pie x oF.
e interior de la cámara
4.2 CARGA POR CAMBIO DE AIRE
Este factor es muy importante en aplicaciones de aire acondicionado; pero
esta aplicación en donde el medio de refrigeración es salmuera (cloruro de
sodio), y la puerta de la bodega se abre únicamente para cargar el producto.
La carga de refrigeración por cambio de aire es muy pequeña con respecto
a la carga total.
4.3 CARGAS VARIAS
Se tienen un cuenta varias fuentes de calor como son las producidas por las
personas que ocupan el medio refrigerado. El alumbrado y otros equipos
eléctricos que ocupan el espacio refrigerado. Pero para la refrigeración con
salmuera estas cargas son casi nulas. La bodega por ser un recipiente con
salmuera y pescado no debe existir la presencia de estas fuentes de calor.
33
4.4 CARGA DEL PRODUCTO
Para el enfriamiento de líquidos la carga del producto es prácticamente la
única carga del equipo ya que las otras cargas son casi despreciables.
El producto proporciona una carga continua sobre el equipo de refrigeración
el flujo de líquido que esta siendo enfriado y que pasa a través del enfriador,
es continuo ya que entra líquido caliente al enfriador y sale líquido frío del
mismo.
4.5 CALCULO DE LA CARGA DEL PRODUCTO
Como ya se ha hecho un estudio sobre el producto ( pescado ) y el sistema
de congelación por inmersión en salmuera ( cloruro de sodio y agua ) y
almacenado la carga del producto se calcula en cuatro partes.
4.5.1 Galor cedido por el producto al enfriarse hasta su punto de
congelación.
O:m*c*AT
O : Cantidad de calor en Btu.
m : Masa del producto en ( libras )
c = Calor específico arriba de congelación, Btu./(Lb.)("F).
AT : Cambio en la temperatura del producto (oF ).
34
4.5.2 Calor cedido por el producto durante su congelación.
O:m*hif.
O = Cantidad de calor en Btu.
m : Masa del producto en libras.
hif : Calor latente del producto en Btu./Libra.
4.5.3 El calor cedido por el producto para enfriarse desde su temperatura
de congelación hasta la temperatura final de almacenaje.
O=m*c*AT
AT: cambio de temperatura entre la congelación y la temperatura de
almacenaje.
4.6 APLTCACTON
Area de Bodega (Ver Fig, 3) = 5060 Pie2 aproximados
Capacidad de Carga : : 24O Toneladas : 529200 Lb.
Temperatura Inicial del pescado : 80 oF : 27 "C
Temperatura Final del pescado : 5 oF : 15 oC
Tiempo de Congelación I : 10 Toneladas / 24 Horas
Producto r = Atún sin Desvicerar.
35
FIGURA 3.
FUENTE:
Eodega del Barco ( Tanque Para Salmuera )
Elaborado por Autores
36
4.7 PROCEDIMIENTO
CARGA POR PERDIDAS A TRAVÉS DE LAS PAREDES. EI A|SIANIC CStá
constituido por poliuretano expandido de 6 pulgadas de espesor.
^ KrAxtTu= L
,. - O.(Fl hr lpü¿ ¡ l¡ ¡ "F ¡ 50t}(lpicz ¡ (95-O'F,.w"
= 49548 Mln (14.5 rw)
CARGA DEL PRODUCTO
DE LA TABLA 1.
Calor específico arriba de Congelamiento = O,76 Btu/Lb.oF (3.1 Kj/Kg."C)
Calor específico bajo de Congelamiento : : O,41 Btu/Lb.oF (1.7 Kj/Kg."C)
calor Latente = 101 Btu / Lb (234.9 Kj/Kg)
Temperatura de Congelación : 28 oF (-2 ocl
t)6¡l
€€ E EE o oS'E.E5.g'ls go
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o
¡ÉE;ÉC\<onc
€ c¡hmol+dñd
A.€H Eo=tE5 EEÉ ;
fi,39E9v\o
99o{)Etr\o r.
€Eno
II
¡
Ea
ggie'E i^'l:¡utxi iác r
nÉÉ--t or+ a{ ¡{ oF
6F-€\O\oóo€ctNc{-
6q
q8
\o
3"€é'FÉF
6
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qqqqhhc)oó€F-F-
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Fltrt'r
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ToFoaf)
Eo€
e
üFzD
38
APLICANDO LA ECUACION (4.5.1I TENEMOS:
Cantidad de calor producida por el pescado desde la temperatura de entrada
hasta la temperatura de Congelación :
= (22O5O Lb*0,768tu * (80-28)"F) / (Lb*oF)
= 871416 Btu.
APLICANDO LA ECUACION (4.5.2) TENEMOS:
Para Congelación :
: 22O5OLb * 1O1 btu / Lb.
: 2227O5O Btu.
APLICANDO LA ECUACION (4.5.3} TENEMOS:
Enfriar desde la temperatura de congelación hasta la temperatura de
almacenaje.
: (22O5O*Lb *O,41Btu*(28oF-5oF)) / (Lb*oF)
: 207931,5 Btu.
Cafor total ced¡do por el producto ( suma 1, 2 y 3 |
: 871416 Btu * 2227O5O Btu + 207931,5
: 3306397,5 Btu.
39
Producto equivalente carga equivalente en
= 3306397,5 Btu | 24 Hrs.
: 137767 Btu/Hrs + 49548 Btu/h
Equivalente en toneladas de Refrigeración :
: (187315 Btu / Hrs) i (12OOOBtu /Hrs.Tr)
: 15,6 T.R.
Factor de Seguridad por otras cargas ClOo/o
= 153381 * 1,1
: 1 68939,1 Btu/Hrs
carga Total : 17,1 T.R (49.5 Kw)
período de 24 horas :
Urltrnldrr{ lnl6nomr rlr Occll|¡¡lrslc,)(,¡r ErBt f0rEcl
5. AISLAMIENTO TERMICO
La producción de frío es tanto más costosa más baja es la temperatura a que
se produce, es indispensable economizar el frío protegiendo los rec¡ntos
enfriados contra las entradas de calor con material más conductor de calor.
Para que un material sea "aislante", y por ello mal conductor de calor, hace
falta que este material este tornado por un gran número de células cerradas
conteniendo aire seco en reposo, u otros gases, con un coeficiente de
conductividad muy bajo como el anhídrido carbónico, el triclorotritluoretano
(R1 13) o el monofluorotriclorometano (R1 1). Elaire existente naturalmente,
en las células de ciertas materiales, como el corcho, o bien se encuentra
aprisionado en el proceso de fabricación del material (ticlitros, forros, fibras
de vidrio); los otros gases se producen en el proceso de la expansión de los
mater¡ales (Espuma sintética de poliuretano).
41
5.1 CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS AISLANTES
Los materiales aislantes deben poseer cierto número de cualidades, aunque,
al igual que el fluido frigorigeno ideal, el aislante ideal no existe. Las
cualidades son :
o Ligero y no higroscópico, a fin de conservar constantes todo el tiempo
sus cualidades aislantes.
o lmputrecible.
. Inodoro, a fin de que no comunique su olor o producto.
. Neutro, frente a otros materiales "madera, cuero, albañilería y material
plástico"
o lnflamables, ignifugo.
o Plásticos para resistir las deformaciones de la obra, o para adaptarse a
dicha deformación.
. Resistente a la presión ( carga sobre el suelo de las cámaras f rías ).
42
. Muy poco permeable al vapor de agua con objeto de evitar
condensaciones o congelaciones de vapor de agua en el interior del
aislante.
La calidad primordial que debe exigirse en un aislante es pues su ausencia
de hidroscopicidad el cual evita el riesgo de penetración y de condensación
del vapor de agua.
5.2 EL ORIGEN DE LOS AISLAMIENTOS
Los tres reinos naturales ( Mineral, Vegetaly Animal), suministran la materia
prima que sirve para elaborar los aislamientos utilizados en la Industria
Frigorífica. La Tabla 2, nos permite compartir el origen de los materiales de
aislamiento.
TABLA 2.
FUENTE:
Origen de aislamientos
Manual del Técnico Frigorista
Origen Reino Aislantes
Inorgánico Mineral Magnesio, Amianto,fibra de vidrio, lanamineral,vidrio celular
OrgánicoContemporáneo
Vegetal corcho, algodón, kapok, fibra demadera, goma- espuma, crin vegetal.
Animal fieltro, lana, seda, crin vegetal.
OrgánicoGeológico
Aislantessintéticos
poliestireno expandido, cloruro depolivinilo expandido, espuma depoliuretano.
43
5.3 PRINCIPALES AISLAMIENTOS
Es imposible enumerar todos los materiales aislantes utilizados en la
Industria Frigorífica por ser de una parte muy numerosa, y por otra parte, los
materiales empleados varfan con el pafs y las consideraciones económicas
locales, por lo que solo examinaremos los más usados Universalmente. Nos
limitaremos a estudiar los materiales significantes, corcho, fibra de vidrio,
poliestirenos expandidos y estrujados, cloruro de polivinilo expandido,
espuma de poliuretano y vidrio celular.
5.3.1 El corcho. El más utilizado en el aislamiento frigorífico;
sucesivamente pasa de su empleo en forma de granos a las placas formadas
con el aglomerado de estos granos por medio de aglomerantes orgánicos
como la cafefna o la gelatina sin embargo; como sea que la humedad a que
están expuestos los paneles disgregaban los aglomerantes y producían
olores desagradables en una etapa, los granos se aglomeraron con resina de
hulla o carbón mineral; actualmente, solo se utiliza bajo la forma de corcho
expandido puro.
Las características del corcho
Densidad
Coeficiente de conductividad
Resistencia a la rotura
expandido puro son las siguientes.
= 12O a 130 Kg / m3.
: 0,035 cal/m.h.grado
= 2,2 Kg I cm2.
44
5.3.2 Fibra de vidrio. En este tipo de material, el aire no queda enredado
dentro de numerosas células pequeñas, sino que permanece aprisionado
entre las fibras entrelazados del producto. Es un material muy ligero, del cual
se puede variar la densidad en el momento de su fabricación es inodoro y
neutro frente a otros materiales pero desafortunadamente, dentro de las
cualidades utilizadas para la Industria frigorffica, su resistencia a la rotura es
baja para ser utilizado en el aislamiento del suelo de las cámaras frías, es
ignifugo e inflamable.
Las caracterfsticas de la fibra de vidrio son :
Peso específico
Coeficiente de conductividad a O oC
Peso especifico
Coeficiente de conductividad a O oC
22 Kgl m3.
0,030 Kcal/m.h.oC
38 Kg/m3.
O,O27 Kcal/m.h.oC
5.3.3 Poliestireno expandido. Es un material celular obtenido de un
producto base que es un poliuretano expandido comercialmente denominado
"STYRO POR', que se presenta bajo la forma de perlas blancas obtenidas
por polimeración de las perlas de esticeno, resiste particularmente bien a la
difusión del vapor de agua y la absorbe muy poco. Es estable hasta
temperaturas de -2OO oC, y empiezan a deformarse alrededor de los 85 oC,
lo que limita su temperatura de aplicación.
45
lnsensibles a la acción de los ácidos (salvo el ácido nftrico) y a los aceites
vegetales; y siendo combustibles, queman mas o menos fácilmente.
Existen dos categorfas; la categorfa F autoextinguible que se utiliza cuando
por su colocación el aislamiento queda a la vista y la calidad se que resiste
a los aceites minerales y a los hidrocarburos. Son imputrecibles y totalmente
inodoros. Las características varfan dependiendo de la densidad.
TABLA 3. Características del poliestireno expandido
FUENTE: Manual del Técnico Frigorista
5.3.4 Cloruro de polivinilo. Estas espumas rígidas, mas conocidas como
"Klégécell", son materias plásticas expandidas. Tiene un peso especifico de
33 a 4O Kilogramos por metro cúbico. Su coeficiente de conductividad a 20
oC tiene el valor siguiente.
Calidad 33 : : 0,019 Kcalim.h.oC.
Resistencia a la compresión : 3 Kgicm2
Calidad 40 : : 0,017 Kcal/m.h.oC.
Densidad Peso Específico(Kg/m3)
CoeficienteConductividad(Kcal/m.h.oC)
15 15 0.028
20 20 o.o27
30 30 0.025
Resistencia a la compresión : 4Kglcm2
Resiste muy bien el fuego y a gran número de ácidos y bases. No sirve de
alimento a los roedores.
5.3.5 Espumas de poliuretano. Es el material aislante mas utilizado en
nuestro medio por que su expansión puede realizarse " in situ ", o sea,
dentro de moldes que tienen la forma del aparato que se va aislarse o de la
pieza a producir. La producción es muy fácil y rápida v además las
aplicaciones de la espuma de poliuretano son muy variadas (colchones).
Espumas rígidas de poliuretano se obtiene de la reacción química de dos
componentes lfquidos ( isocianto y polio ) En presencia de catalizadores la
estructura celular se lleva a cabo por el desprendimiento gaseoso debido al
ref rigerante ll.
Tiene como característica un bajo coeficiente de conductividad y es el mas
bajo de los aislantes tradicionales.
Coeficiente conductividad : O,O2 Kcal/m.h.oC
Resistencia a la compresión 3 - 6 Kglcm2.
Muy poco permeable al vapor de agua las espumas no tratadas son
inflamables las espumas tratadas llamadas autoextinguibles no propagan las
llamas.
47
losLas espumas reciben bien los ácidos
ácidos minerales así como al banano
las bases diluidas, pero mal a
I tricloroetileno,
Ya
ya
5.3.6 Vidrio celular. También llamado 'Espuma de vidrio expandido", se
conoce mucho mas por su denominación comercial de "Foamglass". Se
obt¡ene del polvo de vidrio, conducido a su temperatura de fusión expandido
alrededor de 15 veces su volumen bajo la acción del carbono gasificado a
la temperatura que se aporta al vidrio después del enfriamiento, se obtiene
un material, constituido por minúsculas células de vidrio cerradas
herméticas.
Posee todas las propiedades del vidrio puro, por lo que es ininflamable no
higroscópico, estanco al vapor de agua resistente a todos los ácidos (salvo
ácido fluorhídrico), inodoro inerte frente a todos los materiales v es
relativamente denso totalmente inorgánico, resiste a los roedores e insectos
a los que no ofrece tipo alguno de alimento ni de abrigo. Las características
son.
TABLA 4.
FUENTE:
Propiedades del vidrio celular
Manual del técnico frigorista
Calidad Densidad Kgim3 Coeficiente deconductividadKcal/m.h.oC.
T2 135 0.o40
S3 120 a 130 o.o42
48
5.4 SELECCION DEL AISLAMIENTO
Para la selección del aislamiento se tuvo en cuenta un bajo coeficiente de
transferencia de calor, aislamiento que se adapte a las formas irregulares de
la bodega de un cuarto, no contaminación del producto, duradero y con una
buena resistencia mecánica.
Básicamente la mayoría de los aislantes tienen estas características; pero el
aislamiento en poliuretano tiene una característica que lo hace muy particular
como es su propiedad "¡n situ', o sea que se puede ¡nyectar este en el sitio
del montaje adecuándose a las diversas formas existentes en una cámara de
refrigeración en un barco.
6. REFRIGERANTES
Bajo los términos de protocolo de Montreal, revisado en noviembre de 1992
en Copenhague las fechas de eliminación progresiva de los CFCS fueron
adelantadas 4 años de tal suerte que se tiene el 1ro. de enero de 1996
como fecha limite (capitulo 7 del protocolo de Montreal), Colombia a pesar
de su bajo consumo per capitá de CFCS, ha elaborado su programa de País
con el esquema de País desarrollado y si los fondos de PNND, destinados a
los diferentes proyectos de reconvención tecnológica principalmente, todo
parece indicar que para esta fecha limite la industria de refrigeración en
general ya esta operando con nuevas alternativas.
La reglamentación del articulo 5 que estipula la prohibición de usos
específicos de los HCFCS en equipos nuevos a partir de enero de 1995.
El desarrollo de los refrigerantes alternativos en soluciones basadas en HFC
para sustituir a los HCFCS son R-32, R-123, R-124, R-125, R-134a y R-
1418.
50
ldealmente el reemplazo por los refrigerantes alternativos debe ser total,
ósea equipo de refrigeración y refrigerante para una eficienc¡a total del
sistema. las soluciones basadas en los HFC pueden incorporarse en los
sistemas existentes para muchas aplicaciones, con algunas modificaciones
en el sistema.
La gama de refrigerantes para sustituir a los R1 2, R5O2, y R22 se basan en
los tres refrigerantes HFC : R-32, R-125, y R-134a.
Para desarrollar la gama de refrigerantes a base de HCF, se emplearon los
s¡guientes criterios de selección.
o Potencia cero de agotamiento de la capa de ozono (ODP:0)
o lmpacto ambiental mínimo compatible con los requisitos de rendimiento;
bajo potencial de calentamiento global (GWP) directo unido a un buen
rendimiento enérgico.
o No inflamable.
o Propiedades térmicas similares a las de los fluidos reemplazados.
o Bajo nivel de toxicidad.
o Disponibilidad.
51
6.1 LUBRICANTES PARA LOS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS
El uso de refrigerantes de HFC exige el cambio de aceites minerales en al
mayoría de equipos para obtener una buena lubricación.
Para cumplir con esta exigencia, y con las rigurosas demandas de la
Industria del aire acondicionado y refrigeración. Se ha desarrollado los
aceites sintéticos de éster poliol, los cuales con los nuevos refrigerantes
tienen las siguientes caracterfsticas:
o Excelente lubricidad.
. Excelente estabilidad química y térmica con los nuevos refrigerantes,
componentes del sistema y residuos qufmicos, permitiendo mayores
temperaturas de descarga y mayor vida útil de los equipos.
o Buena compatibilidad con los materiales del sistema de refrigeración
(metales, plásticos, refrigerantes, etc.).
o Amplio rango de viscosidad.
o Buenas caracterfsticas ambientales y de seguridad industrial.
52
Los lubricantes, son fluidos puros con pocos aditivos en la mayoría de los
casos, producidos bajo la norma ISO 9002 para cumplir con las
especificaciones de calidad, tienen un valor ácido menor que 0,02 mg
KOH/g y un contenido de agua menor que 5O ppm. Estos lubricantes han
sido evaluados de forma exhaustiva por parte de los fabricantes de
compresión para ser util¡zados en nuevos equipos con refrigerantes HFC.
6.2 MODIFICACIONES DE EOUIPOS USANDO REFRIGERANTES
ALTERNATIVOS
Los refrigerantes alternativos obtienen su máxima eficiencia sise utilizan con
los equipos diseñados para estos refrigerante, entonces lo idea es que al
cambiar el refrigerante se debe cambiar todo el equipo.
Para la modificación parcial de los equipos delsistema se exige el reemplazo
del refrigerantes y del lubricante, conjuntamente con algunos cambios o
modif icaciones de componentes del sistema. El objetivo durante la
modificación es minimizar los cambios necesarios y a la vez mantener un
nivel satisfactorio del rendimiento del sistema.
Es importante consultar al fabricante del sistema y del compresor sobre el
cambio al ref rigerante HFC para poder identif icar las modificaciones
requeridas y seleccionar la viscosidad correcta del aceite.
53
6.2.1 Pautas generales.
o Establecer el desempeño del sistema.
o Verificar el sistema en su total¡dad por si existen fugas y llevar a cabo las
preparaciones necesarias.
o Establecer los cambios de componentes necesarios del sistema.
Ver Figura 4.
Los elementos que deben preocupar típicamente en lo que atañe al sistema
son:
o Capacidad del compresor.
o Tamaño de válvulas
o Capacidades del condensador y evaporador.
o La compatibilidad y miscibilidad de los aceite lubricantes.
o Cambiar secador por un filtro tipo molecular.
DRENAR ELACEITE MINERAL
VERIFICAR
FIGURA 4. ORGANIGRAMA DE RECONVERSIONFUENTE: Manual Técnico del Frigorista
55
6.3 SELECCION DEL REFRIGERANTE
Debido a la falta de información termofísicas de los refrigerantes alternativos
en la actualidad desarrollaremos este proyecto en base a los refrigerantes
fluorocarbonados (Freon). Propiamente no existe un refrigerante ideal pero
el que mas se aproxima al ideal por sus propiedades que satisfacen las
condiciones y necesidades de este proyecto es el Freon 22
(Clorodiflouretano CCL2F2I. Los criterios para la selección de este
refrigerante son : No inflamables, no explosivos, no tóxicos. El vapor del
coeficiente película de evaporación y condensación es alto con respecto a
otros refrigerantes y económico. Estas son las básicamente los criterios para
esta selección en las condiciones de aislamiento y poco espació a las que
esta sometido un barco en alta mar.
VER ANEXOS
7. TUBERIAS
7.1 MATERIALES PARA TUBERIA
El t¡po de material depende deltamaño, refrigerante utilizado, costo y mano
de obra. Los materiales mas frecuentemente utilizados en tuberías para
refrigeración son: Acero, Hierro dulce, Cobre y Latón; Todos son apropiados
para los refrigerantes comunes, excepto el Cobre y el Latón que No pueden
ser usados con el amoníaco debido a que en presencia de humedad el
amoníaco ataca a los materiales no ferrosos, El Aluminio se puede utilizar
con todos los refrigerantes menos con el cloruro de metilo.
La tubería de cobre tiene la ventaja de ser de peso ligero, más resistente a
la corrosión y mas fácil de instalarse que el hierro dulce y el acero. Para
tuberías de mas de tres pulgadas se utiliza acero. Las tuberías pueden ser
de temple suave o duro, para la refrigeración los mas utilizados son los tipos
KvH.
57
La tubería de cobre de temple suave puede usarse hasta diámetros de 718
de puf gada. Las tuberías de temple duro para diámetros mayores de 718 de
pulgadas y para tamaños menores donde se requiere rigidez.
7.2 UNION Y LOCALIZACION DE TUBOS
Dependiendo del tipo y tamaño de las uniones en la tubería las tuberías para
refrigerantes pueden ser rosadas embridadas, acompañadas, soldadas,
eléctricamente, soldadas con latón o con estaño dependiendo de la presión
y el diámetro de la tubería.
La localización de las tuberías del refrigerante deberán estar de modo que no
representen riesgo o peligro, que no alteren la operación normal y el
mantenimiento del equipo y que no obstruyan el uso de los espacios
adyacentes, evitar la vibración principalmente la producida por el compresor.
7.3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO
La tubería de refrigerante debería ser diseñada e instalada de acuerdo a:
Asegurar el suministro adecuado del refrigerante al evaporador.
Asegurar el regreso de aceite al cárter del compresor.
a
o
58
Evitar perdidas de presión excesivas que reducen la capacidad y eficacia
del sistema.
Evitar la entrada del refrigerante llquido alcompresor durante su operación
o cerrado del ciclo o durante el arranque del compresor.
Evitar el entrampe de aceite en el evaporador o en la tubería de succión
con lo cual subsecuentemente puede regresar al compresor en forma de
" babaza " con el posible daño al compresor.
7.4 DISEÑO GENERAL DE LA TUBERíA DE SUCCION
El tamaño de la tubería de succión es por lo general mas crítico que en las
otras tuberías del ciclo de refrigeración. El tamaño óptimo de la tubería de
la succión es aquel que proporcione la cafda de presión mínima práctica en
el refrigerante de acuerdo con la velocidad delvapor que sea suficiente para
asegurar el adecuado retorno de aceite. Es buena práctica instalar un
intercambiador de calor en la tubería de succión de todos los sistemas que
emplean evaporadores enfriadores de agua; este sirve para atrapar y
vaporizar cualquier lfquido que tenga en la tubería de succión, durante el
arranque o durante los cambios súbitos de carga que se tenga en el
evaporador. La localización del evaporador debe ser tal que se necesite
instalar tuberla vertical en la succión, el tubo debe ser lo suficientemente
pequeño que la velocidad del vapor en el tubo vertical bajo condiciones de
59
elcarga mínima sea lo bastante alta para arrastrar el aceite y subirlo por
tubo y regresarlo al compresor.
En la Tabla 5, los valores están basados en una perdida de presión en la
tubería de succión equivalente al 2"F por 1O0 pies de tubo. Para otras
temperaturas condensantes. Pérdidas de presión y longitudes equivalentes
aplicando los factores y fórmulas de corrección dados al final de cada tabla.
7.5 DSEÑO GENERAL DE LA TUBERíA DE DESCARGA
El diseño de la tubería de descarga es similar al de la tubería de succión. Las
pérdidas de presión en la tubería de descarga hace aumentar la presión de
descarga del compresor y reducir la capacidad y eficacia del ciclo de
ref rigeración.
Todas las tuberías de descarga horizontales deberán tener cierto declive
hacia abajo en dirección del flujo del refrigerante para que el aceite no se
regrese al cabezal del compresor.
En la tubería de descarga se debe tener también el tubo vertical de descarga
como la tubería de succión para que la velocidad del vapor én el tubo
vertical bajo condiciones mínimas sea suficientemente alta para arrastrar al
aceite por el tubo vertical.
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E-AOE!t
o
FrFt.-q- ¡qr--.D¡.|FÉ ¡ otr) r.Dfrry lno¡ 'd{¡.¡. ¡a gvuaud
Un¡vcrsided Atrtónom¡ de 0cciltntlstcclON BlBLl0tEcA
61
Para el diseño general de la tubería de descarga en la Tabla 5 se tienen
diámetros de tubería para una perdida de presión mínima.
7.6 DISEÑO GENERAL DE LA TUBERfA DE LIOUIDO
El diseño de la tubería de líquido no es muy crítico por que el refrigerante en
su estado lfquido puede arrastrar fácilmente el aceite lubricante, el principal
problema de esta tubería es evitar la formación de " burbujas " en el
refrigerante, las cuales reducen la capacidad de la válvula de expansión y la
erosionan, para evitar la formación de burbujas es necesario mantener la
presión por encima de la presión de saturación del líquido refrigerante. Para
proporcionar un SUBENFRIAMIENTO del líquido refrigerante es necesario un
intercambiador de calor lfquido-succión, el cual realiza una transferencia de
calor de la tubería de líquido y la tubería de succión logrando un aumento en
la capacidad del sistema.
Para el diseño de la tubería de líquido de la Tabla 5 se pueden obtener las
dimensiones de esta.
7.7 APLTCACTON
Capacidad del sistema
Ref rigerante
18 T.R (63.3 Kw)
FREON 22
62
o Temperatura de diseño en el evaporador - -4oF | -2OoC )
o Temperatura de diseño en el condensador : 90oF ( 32"C )
o Tonelaje corregido para la tubería de succión
.Tablas = 18X1,06
: 19.08 T.R. (02.1 Kw)
o Diámetro de la tubería de succión
Tabla 5 : 2 112 pulg. SCH 40
o Tonelaje corregido para la tubería de
descargaTabla5 = 18X0,94
= 16.9 T.R.
o Diámetro de la tubería de
descarga Tabla 5 : 1 114 de pulg. SCH 40
o Diámetro de la tubería de
líquido Tabla 5
(condensador receptor)
(receptor al sistema)
: 2 pulg. CH 40
= 1 pulg. acero CH 40
o Caída de presión para 2oF por 100 pies figura
de la Tabla 5 succión
(temp. saturada : -4 oF) : 1.5 Lb/pulg.2 /100 pies
¡ Descarga (temperatura saturada = gOoF) = 5 Lb/pulg.2l1OO pies
63
Se dimensiona la tubería en acero debido a que en un barco la tubería esta
somet¡da a vibraciones.
8. SALMUERAS
La salmuera se utiliza como agente de enfriamiento. A temperaturas
superiores a 32 oF, el agua es el medio mas util¡zado comúnmente para
transportar una carga de refrigeración hasta el evaporador. A temperaturas
inferiores se utilizan las salmueras. Estas pueden ser:
o Una solución acuosa de sales inorgánicas, por ejemplo, cloruro de sodio,
alcoholes o glicoles.
o Una solución acuosa de compuestos orgánicos, por ejemplo, alcoholes o
glicoles.
o Hidrocarburos y Halocarburos Clorados o Fluorados.
Una solución de cualquier sal en agua o en general cualquier solución, tiene
una cierta concentración en la que el punto de congelación es un mínimo,
una solución de esta concentración se llama mezcla eutéctica. La
temperatura a que se congela es la temperatura eutéctica. En la Figura 5, se
observa el comportamiento de las salmueras respecto a su concentración de
sal.
55
CUTIVAS DEL PUNTODE CONGELACIÓN
.^\
SOLUCIÓNLf OUIDA()
o
cc:fl-ÍrLT'o-
=1l-'F.
I
s0LtJct()r'¡LftltllttnY SAI. '
rurEcnca\\\\\\.-'..
.MEZCLA DE HIELO NSOLUCTÓN CONGE[ADI
+MEZCLA DE SAL Y\\ sol-uqÓr.li...S cor,tcElAr)A ..NsS>I=:i
FIGURA 5.
FUENTE:
*CUNCErurnac¡ÓN, % D.E SoLUTO EN I.A MEZcI.A
Disolución Salmuera
Aire Acondicionado; Carrier
i/,i¿,'sol-uclów
r-louroRY }IIELO
/
\\\,\\\\'\'.\\\''.\\\''..\\\\\\'..\\\\\\\\\.\\\\ \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\.\\\\\\\\
TEMPERATURA
66
8.1 SOLUCION DE SALMUERAS
La solución de una salmuera esta basada en la consideración de los siguiente
factores:
. Punto de congelación: Debe ser adecuada para el funcionamiento a la
temperatura mas baja.
o Aplicación: Cuando se emplea un circuito abierto, habrá que verificar la
posibilidad de contaminación del producto por la salmuera.
o Costo: La carga inicial y la cantidad necesaria para la reposición del
producto.
o Seguridad: Toxicidad e inflamabilidad de la salmuera.
o Comportamiento Térmico: Determina la viscocidad. El peso especifico, el
calor específico y la conductividad.
o Adecuabilidad: La canalización y el material de equipo del sistema
requieren una salmuera estable relativamente exenta de propiedades
corrosivas.
67
o Reglamentac¡ón: La salmuera no debe ser recusable por la reglamentación
o disposiciones de carácter general, ordenanzas locales y compañías de
seguros.
Las salmueras mas utilizadas son soluciones acuosas de cloruro de sodio y
cloruro de calcio para su bajo costo, pero son corrosivas. El cloruro de calcio
se utiliza hasta temperaturas de -40oF (- 40"C). Y el cloruro de sodio se
utiliza hasta temperaturas de -6oF (-21oC). El dicromato de sodio es un
inhibidor satisfactorio y económico. El hidróxido de sodio se añade para que
la salmuera sea ligeramente alcalina.
8.2 CARGA POR FRICCION EN LA TUBERIA
Las pérdidas de presión (Fricción) en libras por pulgada cuadrada por 100
pies de tubo recto se pueden obtener de las Gráfica 1 y 2, para tubos de
cobre y tubos rugosos.
Las uniones de tuberfa tales como codos, tés, válvulas, etc., ofrecen una
resistencia mayor al tubo recto. En la Tabla 6, se da una lista de longitudes
equivalentes de tubo recto para varios tipos de uniones y válvulas. La
perdida de presión para cualquier longitud de tubo recto se determina por la
siguiente ecuación.
TÉrrl¡ dr cobn llloo tlTlp t
:Tlpo K
trfÉ
Pre¡lón h¡/cmt/lo0 m
6l crtd dd
6E
83t0.(m8,m6.0005.m¡t.000
I,000TX'600,gm4003m
200
Íl
oáE
q
E
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I oo0
t0o80
ffi 200
30
20
l0I651
.32
Iá t\l r?¡ttrn(o@H ñl rtrcÚlro@o 0 ooocroctd ci o ct ctct o nF ñl r'r ÉÚrto @o
Crídr dr prr¡l6n lb/plr:/l(X) ph¡ lin
Natlonel Bureau of Stenderdr lleport BMS 79.
GRAFICA f . Resistenc¡a al Flujo de Agua sn Tuberfa Terga de
Cobrez;'
FUENTE: Princ¡p¡oEde Refrigerac¡ón;.Roy Doseat
8
o54
800600500400
40 00030 000
20 000
t0 (xro
I (X)o
-6 00-6000
4(nO3 000
2 0ü)
r008060
:50.1¡O
30
20
to
C¡ldr lc prr¡l6n lslmt/I00n69
30 0(X)
20 000
¡o 000I 000
I OOO5 000
000
3 000
2 000
I OOO
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00050{}
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Gl rQ 'J Ut\o o'.)o ()oooo (\.1 rO rl tnvf, CO C)H
C)c)() ()C)ct lrr(o @ c)H
jarl
o(DFIo
10,0008,0006,0005,0004,000
3,000
2,000
1,000800
600500400
300
200€I
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s80tr60504030
20
EI
E
o:'
l08
654
3
2
C¡idr rtr plión lb/pl¡r/lOO ph¡ lin.
GRAFlco 2. Resistencia al Flujo de Agua en Tubo Medianarnente
Ftugosos
FUENTE: Principios de Refrigeración; Roy Dossat
lfrlnnlÜert Aotdnrm¡ dc Ocdflth.'. .r ¡{ flf8ltoTtcA
70
pd¡fu Tont _ I¿ttS. Total & Ttu¿e' (piat) * Pffi Prrr^rün
lüpias
= uhlrt\
Esta ecuación se aplica solamente para agua, para otros llquidos multiplicar
por los factores listados en la Tabla 7.
8.3 SISTEMA DE CIRCUTACION DE SALMUERA
El sistema de circulación de salmuera consta de una bomba centrífuga,
filtros, d¡str¡buidor de agua y el tanque o bodega donde se encuentra el
pescado. Ver Figura 6.
71
gSTETA DEDISTRIBUCION
DE SALMUERA(BODEGA)
FIGURA 6. Sistema De Circulaclón De Salmuera
FUENTE: Elaborado por los Autores
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9. COMPRESOR
Los compresores de vapor más usados son: Recfprocos, Rotatorios y
Centrífugos. De los tres el más usado en la Industria de la refrigeración es
el Reciprocante. En esta sección se analizara el rendimiento de los
compresores reciprocantes el cual es muy similar a los centrífugos y a los
rotatorios.
Los compresores reciprocantes se emplean para capacidad menores de 300
Kw (85 Ton.) o sea en las condiciones en que son más eficientes que los de
tornillo, ef iciencia alta a capacidad parcial se puede reacondicionar
completamente en la planta de refrigeración sin tener que trasladar las piezas
a un taller especializado, tal como ocurre con los de tornillo.
9.1 CICLO DE COMPRESOR
La Figura 7, muestra un diagrama teórico presión volumen del ciclo de
compresión teórico.
75
En el punto A el pistón esta en la parte superior de la carrera y se le conoce
como punto muerto superior. Las válvula están cerradas.
A medida que el pistón se desplaza hacia abajo en la carrera de succión se
expande el vapor de alta tensión que se tiene en el espacio claro de modo
que se disminuye la presión. En el punto B el pistón ha creado una presión
menor que la de succión por lo cual se abre la válvula se succión hasta la
parte inferior de la carrera, en el punto C. En el desplazamiento del punto B
al punto C el cilindro se llena con el vapor de la succión. En el punto C se
cierra f a válvula de succión y empieza la carrera de compresión. La presión
en el cilindro aumenta en desplazamiento de C-D, a medida que el pistón se
desplaza hacia arriba. En el punto D las válvulas de descargas se ven
obligadas a abrirse por el aumento en la presión, pasando a la tuberfa de
descarga durante el desplazamiento de D, hasta A. Luego se repite el ciclo.
9.2 DESPLAZAMIENTO DEL PFTÓN
Es el volumen total barrido por el pistón en un cierto intervalo de tiempo.
Ver Figura 8. Este parámetro nos permite determinar el tamaño del
compresor.
76
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FIcURA 7. Diagrama Teórico Presión-Posición
FUENTE: Termodinámica; Wark
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FIGURA 8.
FUENTE:
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Volunc¡
Diagrama Teórlco Preslón-Volumen
Termodinámica: Warlr
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77
Para un compresor recíproco de acción simple el desplazamiento del pistón
se determina así:
Vp = (0.7854D2X LXNXn) /1728
Vp : desplazamiento del pistón ( piet unid. )
D = diámetro del cilindro < pulg. >
L = Longitud de carrera < pulg. >
N : Revoluciones por minuto < r.p.m. >.
n : Número de cilindros.
9.3 EFICACIA VOLUMETRICA TOTAL Y REAL
Es la relación del desplazamiento real del compresor al desplazamiento del
pistón.
Ev : (Vc/Vp) X 10O
Ev : eficiencia volumétrica real ( o/" I
Vc : volumen real delvapor succionado y comprimido en unidad de tiempo
Vp = desplazamiento del pistón del compresor.
Al conocer la eficiencia volumétrica del compresor podría obtener el
desplazamiento real y la capacidad refrigerante.
78
Va : Vp X Ev / 10O
Va = desplazamiento real
ó : densidad del refrigerante.
La capacidad de refrigeración real - Vp X ó X Ev / 1O0
9.4 FACTORES OUE MODIFICAN LA EFICACIA VOLUMETRICA TEORICA
Los factores que tienden a limitar el volumen del vapor succionado por
carrera de trabajo son:
9.4.1 El claro del compresor. Debido al claro del compresor y la
compresividad delvapor refrigerante, elvolumen delvapor de la succión que
esta fluyendo hacia el cilindro es menor que elvolumen barrido por el pistón.
9.4.2 Relación de compresion. Es la relación entre la presión absoluta de
succión a la presión absoluta de la descarga.
PRES¡ON ABSOLUTA DESCARGA / PRESION ABSOLUTA SUCCION
relación de compresión
Para un compresor de cualquier claro, la eficiencia volumétrica varia
inversamente con la relación de compresión.
ft:
fl:
79
9.4.3 Efecto del estrangulam¡ento. Este fenómeno se presenta en las
válvulas de succión y descarga donde ocurre una restricción de área para el
vapor causando una perdida de presión por fricción (lnterna y Externa), sin
pérdidas de calor o rendimiento de trabajo.
La estrangulación es función de la velocidad delvapor refrigerante; a medida
que aumenta la velocidad del vapor a través de las válvulas también se
aumenta el efecto de estrangulamiento, si se aumentan las r.p.m. del
compresor la estrangulación aumenta.
9.4.4 Efecto del calentamiento del cilindro. El calentamiento del cilindro
causa que el vapor se expanda después de la entrada a este, de modo que
se tendrá una masa menor de vapor, por llenado al cilindro y por lo mismo
reduciendo el volumen de vapor tomado de la tuberfa de succión. Las causas
del calentamiento del pistón pueden ser la fricción del cilindro y el pistón y
también una relación de compresión alta.
9.4.5 Efectos de fugas por el pistón y válvulas. Estas son debido a un
compresor desgastado por elfuncionamiento o por un uso indebido de este;
también debido a que las válvulas no cierran instantáneamente, siempre
habrá una cierta cantidad de gas fugándose a través de las válvulas de
descarga.
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80
9.5 POTENCIA NECESARIA EN EL COMPRESOR
La potencia necesaria teórica necesaria para impulsar al compresor puede
ser obtenida multiplicando la capacidad refrigerante real del compresor en
toneladas (en KW) por la potencia teórica necesaria por capacidad unitaria
para condiciones de operación especificadas.
Pt: Capacidad ref rigerante
real en toneladas
Potencia teórica necesaria
para impulsar el compresor
X
Pt : Potencia teórica necesaria.
9.6 SELECCION DE COMPRESORES
No resulta práctico la evaluación de todos los factores que influyen en el
rendimiento del compresor. La capacidad del compresor y los requerimientos
de potencia son calculados exactamente mediante pruebas reales que se
efectúan en el compresor.
Los requerimientos de capacidad de compresor generalmente no son críticos
dentro de ciertos límites, existen varias razones para esto, como son :
81
- Los métodos para calcular la capacidad requerida del compresor (cálculo
de la carga de enfriamiento) no son completamente exactos.
- Las condiciones de operación general del sistema no permanecen
constantes todo el tiempo con la carga del sistema, la temperatura del
medio compensante etc.
La Tabla 8, es típica de especificaciones de compresores proporcionadas por
un fabricante de compresores para ser usadas en la selección de los mismos.
Para seleccionar un compresor se requieren los siguientes datos.
- La capacidad refrigerante requerida (toneladas)
- La temperatura de succión saturada, de diseño.
- La temperatura de descarga saturada, de diseño.
- Refrigerante.
9.7 APLTCACTON
Capacidad refrigerante : 18 T.R. (63.3 Kw)
Temperatura de succión Saturada de diseño = -4oF. (-20 "C)
Temperatura de descarga Saturada de diseño : 90 oF. (32 oC)
Refrigerante = FREON 22
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10. UN¡DAD CONDENSADORA
El condensador es una superficie de transferencia de calor. El calor del
vapor refrigerante caliente pasa a través de las paredes del condensador
para su condensación; como resultado de su perdida de calor hacia el medio
condensante, el vapor refrigerante es primero enfriado hasta saturarse y
después condensado hasta su fase de estado liquido. El calor cedido por el
ref rigerante aumenta la temperatura delmedio condensante. La transferencia
de calor a través del condensador es por conducción. La capacidad del
condensador es función de dos ecuaciones fundamentales de transferencia
de calor.
o Transferencia de calor por conducción es:
Q,c:AxUxMETD ECU.(1)
Oc : calor rechazado por el condensador ( Btu./hr )
A : área afectiva de transferencia de calor ( pie 2 |
U : co€ficiente de transferencia total de calor
Btu.i (hr.pie2.oF)
84
METD : diferencia de temperatura media logarítmica entre el refrigerante
condensante y el medio condensante en (oF)
o La capacidad del condensador en función del flujo de agua.
Qc=mcAtECU.(2)
Oc = calor rechazado por el condensador ( Btu./h )
ryt : rdzón de flujo de masa del medio condensante ( Lb / h )
c = calor especifico del medio condensante
( Btu./h/oF lpic2l
At : aumento de la temperatura del medio condensante (oF)
Para este proyecto se realizará un estudio para sistemas de condensadores,
enfriados con agua desperdiciada o no recirculada. Ver Figura 9. Este tipo
de condensador es óptimo debido a que elmedio condensante (agua de mar)
existe en abundancia y s¡n costo. También que es muy compacto ocupando
poco espacio requerimiento importante en un barco pesquero, tiene gran
capacidad y eficacia.
10.1 SISTEMA DE CONDENSADORES ENFRIADOS CON AGUA
Los sistemas que emplean condensadores de agua pueden ser divididos en
dos categorfas generales. 1 . Sistema de agua no recirculada 2. Sistemas de
E5
Agua deenfriamiento
Refrigerantevapor
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FIGURA 9. Condensador Inundado Tipo Acorazado
FUENTE: Ftefrigeración Industrial; W. F. Stoclrer
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86
agua rec¡rculada. Los sistemas de agua recirculada son los que utilizan
generalmente torres de enfriamiento por que no se tiene una fuente
abundante de agua y se requiere minimizar costos.
Para los condensadores que utilizan agua no recirculada y que la poseen en
gran abundancia tomada de un río, un lago o el mar debe tenerse en cuenta
la determinación de la razón del flujo de agua la potencia necesaria para
circular el agua a través del sistema.
De la ecuación 9.2. se puede concluir que la cantidad de agua (m)
circulando a través del condensador determinan la ef iciencia del
condensador.
La experiencia ha demostrado que en general una razón de flujo de agua de
2.5 a 3 Gpm por toneladas de refrigeración proporciona el balance más
económico entre la potencia requerida por el compresor y la requerida por
la bomba. Ver Figura 10.
1O.2 COEFICIENTE DE CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE CALOR
La capacidad del sistema de refrigeración puede relacionarse con el tamaño
del condensador por medio del cociente de capacidades para la disipación
del calor rescatando las perdidas de calor al ambiente, el calor recibido por
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FIGURA 10. Sistema de Circulación de Agua de Mar
FUENTE: Elaborado por los Autoree
88
el evaporador mas el trabajo recibido por el compresor es igual al calor
disipado en el condensador. En este caso el coeficiente de capacidades
CCDC es :
CCDC : Capacidad de refrigeración mas ootencia de comoresor
Capacidad de refrigeración
10.3 FACTOR DE SUCIEDAD EN LOS TUBOS
La suciedad en la superficie de los tubos es debido a minerales sólidos que
se adhieren a esta. La incrustación así formada sobre el tubo no solo reduce
la transferencia de calor, sino que también tiende a restringir la succión
transversal del tubo y a disminuir la razón de flujo, ambas cosas causan
aumentos serios en la presión condensante. La suciedad en los tubos
depende de la concentrac¡ón e impurezas, la temperatura condensante y la
frecuencia de la limpieza.
El factor de incrustación para diferentes tipos de agua se encuentran en la
Tabla 9.
10.4 MANTENIMIENTO
Debido a las incrustaciones en los tipos de algas, bacterias, minerales
corrosión se debe hacer un buen mantenimiento de este.
90
Para una rápida desincrustación se puede usar una solución inhibida del
ácido muriático fi8o/ol.
No deberá usarse el sistema de bombeo para la circulación del ácido. Debe
usarse una bomba pequeña con un impelente de cobre o nylon.
10.5 ESPECIFICACION O SELECCION DE UN CONDENSADOR ENFRIADO
CON AGUA
Las normas ARI indican que la velocidad del agua no deberá a 8 pies sobre
seg. y con el factor de incrustación mínimo de 0.0005 h.pie2.oFlBtu.
10.6 APLTCACTÓN
Capacidad del sistema (Os) = 18.T.R.:216.000 Btu./h.
= (63.3 Kw)
Temperatura de entrada de agua (Te) = 85oF (29'C)
Temperatura diseño de condensación (Te) = 1O5oF (41 oC)
Temperatura a la salida del agua ( Tl ) : 100oF (38 "C)
Tipo de agua = agua del mar
91
1O.7 PROCEDIMIENTO
Área total efectiva (Ac )de transferencia de calor : Oc / (U*METD)
Calor rechazado por el condensador ( Oc ) : Osf
Donde F factor de rechazo tabla (10) interpolado : 1,31 5
Calor rechazado Oc = 216000 X 1,315
: 284.040 Btu./h.
Coeficiente de transferencia total = 1/Ut : 1/Uprom + Rf
u promedio tabla ( 1o.3 ) - 100 Btu./h.pie2.oF
Factor de impurezas Rf agua de mar = 0,0005 h.pic2.oFlBtu.
Coeficiente de transferencia total = 1/Ut = 1 1100 + 0,0005
: 95,238 Btu./h pie2 oF
Temperatura media logarftmica
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= l0.8fFD'lffil
Area Total efectiva (Ac) : 284O4O / (95.238x10x82)
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Con el área efectiva se puede diseñar el condensador dependiendo de las
características del barco un procedimiento puede ser el siguiente.
Tubería diámetro nomina 1/2
+0,84 pulg. ( Dext ) : 0,07 pie
Longitud de tubería (L) 7 pies : 2 mts. aprox.
Área de transferencia ( Ae ) - fl*dext*L*N
Numerodetubos ( N) = A l(fl* dext*L)
= 275 / (n*.OO7*71
1 8O tubos
11. UNIDAD EVAPORADA
El evaporador al igual que el condensador es una superficie de transferencia
de calor; pero por el contrario en este caso se tiene lugar el enfriamiento de
un fluido o de un producto.
En el evaporador ocurre la interacción entre el sistema de refrigerar y el
proceso o el producto a enfriar. Los evaporadores enfrían aire o líquidos con
este proyecto tal como salmueras agua o anticoagulante. La transferencia
del calor ocurre por conducción y la capacidad de un condensador también
depende de 2 ecuaciones fundamentales como son :
Transferencia de calor por conducción
Oe : AxUxDTML ECU. (11.1)
Oe = calor transferido en ( Btu./h)
A : área de superficie exterior del evaporador (pie 2 )
U : factor total de conductancia ( Btu. / hr / pie ' I oF I
96
DTML = Diferencia de temperatura media logarítmica ( oF )
Entre la temperatura exterior del refrigerante y la temperatura
interior de la salmuera.
11.1 FACTOR DE CONDUCTANCIA TOTAL U
La resistencia al flujo de calor ofrecidas por las paredes del evaporador cuya
relación queda expresada como sigue.
1lU:R/fi +L/K+fo
U : factor de conductancia total ( Btu./ h/ pie2/ oF )
fi : factor de conductancia de película de la superficie interior
(Btu./h/pie'loFl
LiK : Resistencia al flujo de calor ofrecida por el metal de los tubos
(Btu./hlpte2 loFl
fo = factor de conductancia de la película de la superficie exterior
(Btu. lhlPie2 loFl
R : Relación de superficie exterior a su superficie interior
Los materiales mas utilizados son : Hierro variado no reacciona con ningún
refrigerante pero se oxidan en presencia de humedad, el Latón y el Cobre
97
pueden usarse con cualquier refrigerante menos con Amoníaco. El Aluminio
se puede utilizar con todos los refrigerantes menos con el cloruro de metilo.
En la Tabla 12, se dan algunos valores promedios del factor de
conductividad para evaporadores de enfriamiento de líquidos.
11.2 TIPOS DE EVAPORADORES PARA ENFRIAMIENTOS DE LíOUIDOS
En este proyecto se describirá únicamente los evaporadores enfriadores de
liquido ya que este es el sistema que se aplicara para la refrigeración del
producto.
Los evaporadores varían en el tipo y diseño de acuerdo al tipo de servicio
para lo cual se vaya a usar, existen 5 tipos de evaporadores de uso común
como son : Enfriado de doble tubo, enfriador, enfriador tipo tanque,
enfriador con serpentln en casco, y enfriador acorazado.
Para todos los casos, los factores que influyen en el rendimiento de los
enfriadores de liquido son los mismos.
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99
1 1.3 ENFRIADORES ACORAZADOS
En este proyecto trataremos únicamente los enfriadores de tipo acorazado
(Ver Figura 1 1) debido a su alta eficiencia, compacto, mantenimiento
sencillo y de fácil adaptación. básicamente existen dos tipos de enfriadores
acorazados que son: tipo expansión seca donde el refrigerante pasa por los
tubos; se utilizan desde 2 a 250 toneladas de refrigeración y el tipo
inundado donde el liquido enfriado pasa por los tubos; estos se utilizan hasta
varios miles de toneladas. El diámetro de los cascos es aproximadamente de
6 a 60 Pulg. y el numero de tubos dentro del casco varia desde menos de
50 hasta varios miles. los diámetros de los tubos varían desde 5/8 pulg.
hasta 2 pulg. y la longitud con variantes desde 5 a 20 pies.
1 1.4 ESPECIFIGACIONES Y SELECCION DE UN EVAPORADOR ENFRIADOR
DE SALMUERA
Los métodos utilizados en la selección de un evaporador depende del tipo
y fabricante en particular, todos se basan en los principios fundamentales
de transferencia de calor y flujo de fluidos que con anterioridad han sido
descritos, el siguiente procedimiento se basa en esos principios.
Uniwrsid¿d Aul(lnoma ds Oic¡drnt¡StCCl0t'¡ BTBLtC)ItCa
f00
:ll_->Refrlgeranle
vaporLlgrrlclo aenfrlar
-DLfquldoenfrlaclo
Refrigeranlelíquldo
-)
FIGURA I E. . Evaporador Inundado Tipo Acorazado
FUENTE: Refrigeración Industrial; Iff. F. Stoclrer
11.5 APLTCACTON
Capacidad del sistema (Qs)
Temperatura de entrada de Salmuera (Tc)
Temperatura de diseño de Evaporación (Tc)
Temperatura de salida de Salmuera (Ti)
11.6 PROCEDIMIENTO
Área efectiva total de
Transferencia de calor ( Ac ) =
Coeficiente de transferencia de calor promedio
Tabla (12) Acorazado inundado
( salmuera refrigerante ) =
Temperatura media logarítmica
Fr-zr4-Ft-rtlhffi
(ls-(-4D-(0-(040
101
18 T.R. =216.000 Btu./h
63.3 Kw
15 .,F (-g oc)
-40F (-20 0c)
00F (-18 0c)
Os/(UpromxMETD)
(Uprom)
80 Btu. / h. pie2 oF
D'ffi1 = 9.6"F
102
Área total efectiva de
Transferencia de calor : 216.000 | (7O x 9.6)
: 32O pie2 {30 M2)
11.7 DISEÑO DE EVAPORADOR
Tubería diam. nominal 112pulg.
+D.ext :0,84 pulg. (0,07 pie.).
Longitud de la tubería lLl7 pies = 2 mts. aprox.
Área de transferencia de calor (Ac) : fl*dext*LtN
Numerodetubos(N) = Al(fl*dext*L)
: 32O I lf'l*O,O7 x 7l
: 208 tubos
12, BOMBAS
12.1 PRESION DEL FLUIDO
La presión total del fluido ejercida por cualquier fluido es la suma de las
presiones estática y de velocidad del fluido, o sea.
Pt:Ps*Pv.
Pt : Presión total
Ps : Presión Estática
Pv : Presión de velocidad
La presión ejercida por un fluido la cual es el resultado directo del
movimiento del fluido o su velocidad es llamada presión de velocidad,
cualquier presión ejercida por un fluido la cual no es ejercida por el
movimiento de un fluido es llamada presión estática.
104
12.2 CARGA ESTÁTICA Y CARGA DE VELOCIDAD
La carga total de un fluido cualquiera es la suma de las cargas estáticas y
de velocidad del fluido.
ht:hs*hv.
ht : cÍtfga tota¡ en pies
hs : carga estática en pies
hv : carga de velocidad en pies
donde hv : v2 | g
v : velocidad del fluido
g : gfdvedad
Para cualquier razón de flujo, la velocidad del movimiento del fluido en el
conducto varia con la sección transversal del conducto. Esta expresión
queda indicada con la expresión básica.
V=O/A
V : Velocidad del fluido
O = Razón de fluido
A : Área de la sección transversal del conducto.
Las ecuaciones anteriores son básicas para el estudio de los fluidos.
105
12.9 CONSERVACION DE LA ENERGIA PARA FLUJO EN RÉGIMEN
PERMANENTE
La ecuación de la conservación de energía para flujos en régimen
permanente es de uso común en la practica de la refrigeración. Esta
ecuación establece una relación ante la energía de un fluido en dos puntos
diferentes.
Q*p : m{(Zz-Z) + ( (V22-V1 2l I 2l + 9(h2-h1 )}
Q : Energía térmica Intercambiada por el fluido
p : Potencia mecánica
m : flujo masico
Z : Entalpia
V : Velocidad del fluido
I : Gravedad
h : Elevación sobre un plano de referencia arbitrario
12.4 CARGA DE FRICCION
Un fluido moviéndose en un conducto sufre perdidas de energía (convertidas
en calor) como resultado del trabajo de contrarrestar la fracción. Estas
perdidas frecuentemente se expresan en términos de caída de presión o
106
perdidas de carga. Las perdidas de presión son causadas por la viscosidad
y la gravedad especifica del fluido, la velocidad, la rugosidad de la superficie
interna y la longitud del conducto. Evidentemente la evaluación matemática
de estos factores es muy laboriosa para casi todos los casos prácticos, por
regla general las pérdidas de fricción se determinan usando gráficas y tablas,
ver Figuras 11 y 12.
La uniones como codos, tés, válvulas etc., ofrecen una mayor resistencia
ver Tabla 13; donde se puede determinar la longitud equivalente para los
diferentes accesorios.
Aunque l. pe ,O¡Oa de presión obtenida en los gráficos y tablas anteriores se
aplican solamente a aguas, se podrán utilizar para otros fluidos multiplicando
las perdidas de presión del agua obtenidas por los factores listados en la
Tabla 7.
12.5 CAUDAL
La cantidad de salmuera, la carga y el aumento de la temperatura están
relacionados entre sí de modo que cuando se conoce dos de ellas, se puede
hallar la tercera por la formula.
Caudal = Carga frigorffica / (ó*Cp*AT)
107
6 = Densidad de la salmuera
Cp = Calor especifico de la salmuera
AT: Aumento de temperatura
12.6 POTENCIA DE BOMBEO
Para determinar la potencia necesaria para bombear la salmuera, se utiliza
la formula siguiente.
BMP : (G P M xCargatotal en piesxgravedad especifica) / (3960x E)
BMP : Potencia de freno
E : Eficiencia de la bomba
12.7 CARGA DE BOMBEO
Una bomba de tamaño especifico, el diseño, la velocidad y el volumen del
liquido manejado varia con la carga de bombeo contra la cual la bomba
efectúa su trabajo. La carga de bombeo varia con el mediado del flujo a
través de la misma tubería.
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oÉP
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F¡
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f¡lFr
úA
?tt
F¡
F
109
La carga total de bombeo es la suma de la carga estática y la carga de
f ricción.
La carga de fricción es por fricción en la tubería y la carga estática es la
distancia vertical entre el nivel de liquido libre y el punto mas alto el cual el
liquido va a ser enviado por la bomba.
12.8 ESPECIFICACION Y SELECCION DE BOMBAS
Para la selección d una bomba generalmente se especifica con el caudal
requerido (gpm) y la carga total de bombeo contra la cual la bomba va a
trabajar.
12.8.1 Bomba para el condensador. En la Figura 121 se observa el
esquema para la circulación de agua de mar. La toma de agua se realiza
desde elfondo de la embarcación y se descarga a media altura del casco del
barco. La carga estática es de mas o menos 8 pies (2.5 mts. aprox.). El
factor determinante de la capacidad de la bomba es el caudal que se obtiene
a partir de la siguiente formula.
Qat-- = Qnw= o*cex¿T 5(X)¡¡T
Ore : calor rechazado en el condensador (Sec. 9.5. )
AT : cambio de temperatura del agua
110
Entonces
gpm : 284040 / (500 x 15) = 38 gpm
12.8.2 Bomba para evaporador. En la Figura 13; se observa el esquema del
sistema para la circulación de salmuera, donde la carga estát¡ca es la suma
de las perdidas por fricción y la altura manométrica de la columna de
salmuera. El caudal de la bomba para la salmuera de concentrac¡ón eutéctica
se obtiene con la siguiente formula.
0.125 Ocrt llJ = 6xQ¡xo,T
Oe : calor absorbido en el evaporador (sección 10.4.)
AT : cambio de temperatura de la salmuera
6 = densidad de la salmuera (Tabla 13)
Cp = calor espec¡f¡co de la salmuera (Tabla 13)
Densidad de la salmuera = 62,4 x 1,175
Tabla (13) = 73,32
Calor específico de la salmuera tabla (13) : 0,796
Capacidad de la bomba = O,1 25 x 216000
= 73,32 x 0.796 x 15o
= 30 gpm
111
0rif icio de purga "B"
Rr¡orh cilíndrico "C"
FIGURA I2.
FUENTE:
Vá¡t¡go d¡ ¡prrturnrnurl
Pl¡tón 'principll "A"
Pu¿rto principal
Válvula de Expansión termostatlca Operada por
Piloto
Principios de Refrigeración; Roy Dossat
Pwto de bulbortmoto
Líncr igu¡ladonutrrnr
Yllruh piloto,dr rxprnrión t&min
112
Vllruh de líquldo,piloto dc ¡olenoidr
Colidcr¡ drfr lírcr piloto
Vilruh dr up¡n¡ióni-
de Agua Tlpo Acorazado
Principioe de Refrlgerac¡ón; Roy Dossat
Cohd¡rr dr h líncr
FIGURA f 3. Válvula de Expans¡ón Termostatlca sn un Enfriador
FUENTE:
ftllnttriordc rgur
dc cubiat¡Y tt¡üo
Línc¡ dé líquido
princip¡l
113
12.9 SELECCION DE LA BOMBA
Con los valores anteriores se puede seleccionar una bomba. Las bombas
mas utilizadas en la industria de la refrigeración son de tipo centrífugo por
su ALTA eficiencia para capacidades pequeñas y su costo. En la tabla 14.
Es típica para la selección de una bomba centrífuga, para nuestra aplicación
la bomba que cumple estos requisitos es la serie 15g1-27.
0i,E
CI!
n?
EE
a
160
- l4ofq
c 120a,
? 100c
80EE860c
L,,
40
20
111
(lrifler rh cr¡ncklnl. serlc l!'rtileqo 3q0 | 5q0 6qo 7Q0 8Q0 000 1000 I 1200 f¡P¡¡¡lrrl tn .lt/tDb
-18
-12
-88
-50
-t,ll8
l2
0255075 125 150.,C¡p¡cid¡d rn
l7s 200 225 250O¡l/nin
' r-G300 325'100
TABLA 1/T.
FUENTE:
Capacidad de Eombas Centrifugas
Principios de Refrigeracfón; Roy Dossat-,t
13. CONTROL DE FLUJO DE REFRIGERANTE
Básicamente existen 6 tipos de válvulas para control de flujo de refrigerante:
Válvula de expansión manual, válvula de expansión automática, válvula de
expansión termostática, tubo capilar, válvula flotador de presión baja y la
válvula de presión de flotador de alta.
lndependientemente del tipo, la función de cualquier control de flujo
refrigerante es doble: 1 . Medir el refrigerante llquido que va hacia el
evaporador con una rapidez que sea proporcional a la cual que este
ocurriendo la vaporización en esta última unidad y 2. Mantener un diferencial
de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema a fin de permitir
vaporizar el refrigerante bajo las condiciones de baja presión deseadas en el
evaporador y al mismo tiempo efectuar la condensación a la presión alta que
se tiene en el condensador.
116
13.1 VALVULA DE EXPANSION TERMOSTATICA
Debido a su alta eficiencia y a lo fácil de adaptarse a cualquier tipo de
aplicación de refrigeración. La válvula termostática es probablemente la que
mas se usa en la actualidad para control de refrigerante debido a su
versatilidad.
La válvula de expansión termostática se basa en mantener presión constante
en el evaporador, circunstancia que permite mantener al evaporador altope
sin peligro de derramar lfquido dentro de la tubería de succión.
En la Figura14, se muestra una válvula de control del líquido diseñada para
usarse con una válvula de expansión termostática. La válvula de control de
líquido abre cuando suministra presión por la parte superior en el pistóñ "A",
a través del tubo piloto. El orificio pequeño para sangrado o purgado "B" en
la parte superior del pistón desahogan esta presión hacia el lado de salida
(evaporador) de la válvula de control del líquido cuando se cierra el
suministro de presión por la parte superior del pistón, el resorte " C " cierra
la válvula de control del líquido. En la Figura 14, se muestra una válvula de
expansión operada por piloto instalada en un enfriador acorazado. La Válvula
piloto termostática compensada externamente suministra presión por la parte
superior del pistón en respuesta a los cambios de temperatura y presión del
vapor de la succión. Cuando se aumenta el sobrecalentamiento en el vapor
117
Llave general
-2
).-I
l.-I
I
l--I
)-
'l
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)
-
'' --- ¿,
maxtmo
t/a lo 1/g D
\
FIGURA 11. -Tangue Acumulador
FUENTE: Refrigeración Industrial; W. F. Stoclrer
Nivelmínimo
118
de la succión, lo cual es indicativo de la necesidad de tener un flujo
refrigerante mayor, la válvula térmica piloto se mueve en la dirección de abrir
y suministra una mayor presión por la parte del pistón, movilizando así el
pistón en la dirección de abrir para proporcionar un mayor flujo de
refrigerante. Inversamente, cuando disminuye el sobrecalentamiento en el
vapor de la succión, será indicativa la necesidad de reducir el flujo
refrigerante, la válvula piloto hará los movimientos en la dirección de cerrar.
Con estos se tendrá una perdida de presión en la parte superior del pistón,
haciendo que este se mueva en la dirección de cerrar para suministrar un
menor flujo. En operación la válvula piloto y el pistón principal asumen
posiciones intermedias o de estrangulamiento dependiendo de !a carga.
13.2 LOCALIZACION DE LA VALVULA DE EXPANSION Y EL BULBO
REMOTO
Para su mejor funcionamiento la válvula de expansión termostática deberá
instalarse lo mas cerca posible del evaporador.
El bulbo remoto es el elemento transmisor de los cambios de temperatura en
la tubería de succión. Es esencial que toda la longitud del bulbo tenga un
buen contacto térmico con el tubo de succión. Cuando el tubo de la succión
es de hierro o acero, esta deberá limpiarse muy bien en el punto de la
localización del bulbo y después pintarse con una pintura de aluminio para
119
minimizar el efecto de la corrosión. En general el bulbo remoto se instala en
la parte superior del tubo. Para tubos de succión de mas 7/8 de pulg. de
diámetro exterior, el bulbo remoto se coloca en la posición correspondiente
a las cuatro o a las ocho de las manecillas del reloj. Con esto normalmente
se proporciona un control satisfactorio por parte de la válvula.
13.3 ESPECIFICACION Y SELECCION DE LA VALVULA
La naturaleza y condiciones de cada aplicación determinan la carga del bulbo
y también si se necesita o no limitar la presión. Se debe utilizar una válvula
compensada exteriormente si la caída de presión en la válvula es demasiado
alta y/o cuando se utiliza un distribuidor de refrigerante en tamaño de las
conexiones a la entrada y a la salida de la válvula correspondiente a las que
se tienen en la tubería del líquido y en el evaporador, respectivamente.
La Tabla 15, es típica para las válvulas de expansión termostatica. Las
válvulas de expansión se especifican en capacidades de toneladas de
refrigeración para diferente condiciones de operación. Para la selección de
una válvula de expansión termostática se deben conocer los siguientes
datos:
Temperatura en el evaporador
Capacidad del sistema en toneladas de refrigeración.
Diferencia de presiones a través de la válvula
fiñl¡Jo
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5
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EEFT
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zIUtrl
tia
Arn
F
121
Con estos datos podrá seleccionarse la válvula de expansión de las tablas
proporcionada por el fabricante, la cual debe de tener una capacidad igual
o ligeramente en exceso a la capacidad del sistema, a las condiciones de
diseño del mismo.
13.4 APLTCACION
Temperatura en el evaporador : -4 oF (-2O oC)
Capacidad del sistema
Diferencia de presiones
Tipo de válvula
= 18 ton. (63.3 Kw)
= 145 Lbs./pulg2.
= TIL2TOOF
14. TANOUE ACUMULADOR
El tanque acumulador cumple dos funciones : El almacenamiento de
ref rigerante y la separación de las dos faces líquido y vapor. El
almacenamiento es necesario a fin de acomodar las fluctuaciones en elflujo
del refrigerante debidas a las variaciones de la demanda. El volumen de
almacenamiento consiste en el espacio entre nivel mínimo y máximo de
líquido. El nivel mínimo se establece a fin de evitar que pase vapor a la
tubería por la cual se extrae el líquido. Al subir el nivel del líquido, el nivel
máximo se establece a fin de evitar que el lfquido pase a la tubería de vapor
de la parte superior del tanque.
En las instalaciones pequeñas el tanque acumulador tiene por lo general
suficiente capacidad para almacenar todo el refrigerante del sistema. Cuando
se detiene la operación el refrigerante debe ser acumulado en el tanque de
alta. El volumen del tanque debe ser tal que el nivel del líquido refrigerante
se encuentre entre el máximo y el mínimo. El espacio de vapor es necesario
para acomodar la expansión y para proveer un margen de seguridad y el
123
nivel mínimo asegura una reserva del líquido durante la operación normal.
Ver figura 14.
Para calcular el tanque acumulador horizontal el volumen que ocupa el
vapor. La formula para el volumen devapor de la figura 14.1. Es.
Volumen de vapor : r2l2 ( 0 - sen g ) L
14.1 APLTCACTON
Diámetro del acumulador : 12 pulg.
Longitud del acumulador : 7 pies
Nivel máximo = 1/3 de diámetro
Volumen de vapor = l12l2l (1lg - sen 1 l3l x 7
: O,O21 pie cubico
CONCLUSION
La refrigeración por inmersión de salmuera de cloruro de sodio a -4oF (-20"C)
es una congelación rápida.
La congelación rápida produce cristales de hielo más pequeños y por lo
tanto, causa menos daño celular en el pescado.
Siendo el período de congelam¡ento mucho mas corto se evita la
descomposición durante el congelamiento.
El producto (pescado) se congela en unidades individuales, debido a que la
salmuera hace contacto con todo el producto y evitando también el
aplastamiento de este.
La congelación por inmersión en salmuera producen el producto (pescado)
una superficie lisa y lustrosa (cubierta pequeña de hielo sobre las superficies
125
del pescado), lo cualayuda a prevenir la deshidratación del producto durante
el período de almacenamiento en el barco
El condensador y evaporador de tipo acorazado inundado son de gran
eficiencia y muy compactos. requisitos indispensables en un barco pesquero.
La temperatura eutéctica de la salmuera del cloruro de sodio es de 7.6oF
(-22ocl.
Ef ref rigerante Freón 22 tiene un coef iciente película mayor que en los otros
refrigerante aumentando la capacidad de los condensadores y evaporadores
acorazados inundados.
BIBLIOGRAFIA
DOSSAT, Roy. Principios de Refrigeración. Editorial Continental 1973.
KARLEAR, Desmond. Transferencia de calor. Mc Graw-Hill.
Microbiología de los alimentos. Fisch Tech News. Revista. Vol.5.
Refrigeración y aire acondicionado Carrier.
STOCKER, W.F. Refrigeración Industrial. Editorial Joanna Turpin.
ZARAGOZA, Acribia. Manual Técnico del frigorista. 1.963.
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