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CÁMARA FRIGORÍFI CA ESTUDIANTE: LEONARDO FELIPE MEAVE GARCIA MATERIA: LABORATORIO DE TERMODINAMICA DOCENTE: JOSE ROBERTO SOTO SOLIZ FECHA: 06-11-2020

INTRODUCCION: Hoy en día la conservación de los alimentos y otros productos es muy importante para poder comercializar y mantenerlos frescos y es por eso que las cámaras frigoríficas juegan un papel muy importante en el sector industrial debido a su gran capacidad de conservación y enfriamiento de grandes lotes de productos.

OBJETIVO GENERAL: Conocer el funcionamiento y la estructura de la cámara frigorífica

OBJETIVOS ESPECIFICOS:    

Conocer las partes que componen una cámara frigorífica Conocer los criterios de diseño de una cámara frigorífica Conocer las características y propiedades termodinámicas del refrigerante CARE 30 Calcular el coeficiente de performance

MARCO TEORICO: Una cámara frigorífica es un ambiente con temperatura controlada fundamental en la industria alimentaria, así como en la farmacéutica. Una o más cámaras frigoríficas conectadas entre ellas permiten obtener locales para la conservación, la refrigeración o la pre-refrigeración de productos, especialmente alimentos, en los que debe mantenerse una temperatura estable y preestablecida; este grado de temperatura depende de la función de la cámara y puede variar de los +18°C para la maduración de los plátanos a los -28° C para congelar el pescado o las verduras. La estructura puede ser fija o móvil y, en su interior, puede necesitar una atmósfera controlada. En la base de la eficiencia de un almacén refrigerado hay una atención al diseño para identificar las correctas tipologías de los materiales que se deben emplear con el fin de obtener el necesario aislamiento, reduciendo así los costes de gestión y mantenimiento. El análisis en fase de proyecto está dirigida a identificar la prestación aislante necesaria para el mantenimiento constante de las condiciones internas, en particular de la temperatura.

Cámaras frigoríficas con temperatura positiva Son las que se caracterizan por una temperatura entre los 0ºC y los 10ºC y mayormente utilizadas para la conservación de productos como frutas y verduras. Suministran un ambiente adecuado para la conservación de muchos alimentos “frescos” garantizando temperaturas constantes y valores de humedad contenida, a través de revestimientos aislantes con baja transmitancia térmica.

Cámaras frigoríficas con temperatura negativa Al contar con un rango de temperatura comprendido entre 0°C y -28°C, las cámaras frigoríficas con temperatura negativa se usan para la pre-refrigeración de productos como frutas y verduras, la refrigeración, y la congelación. Favorecen un ambiente adecuado para la conservación y la congelación de los alimentos con un eficaz control de las temperaturas, de la humedad y de la atmósfera interna gracias a los revestimientos aislantes de muy baja transmitancia y dispersión térmica.

Tipos de cámaras frigoríficas Existen dos grandes tipos de cámaras frigoríficas, las de refrigeración y las de congelación. Las primeras (refrigeración) guardan y almacenan la mercancía hasta los 0ºC y las de congelación pretenden almacenar mercancías en temperatura de congelación dependiendo de las necesidades de almacenamiento de producto. Su uso está plenamente extendido en todo el mundo ya que se pueden conservar alimentos o mercancías en condiciones óptimas dada la capacidad de aislamiento y de conservación. La cámara frigorífica está formada por una serie de componentes los cuales son: compresor, evaporador, válvula de expansión y condensador

Cámaras frigoríficas

Componentes Compresor: El compresor es el componente en el corazón de un circuito refrigerante basado en el llamado «ciclo de compresión de vapor». Todo comienza con un ciclo termodinámico que explota la evaporación de un refrigerante dentro de un circuito de tubería de circuito cerrado. Específicamente, la evaporación ocurre en un intercambiador de calor llamado evaporador, que absorbe la energía del aire circundante; luego se entrega al compartimento de almacenamiento de alimentos o al espacio con aire acondicionado por convección natural o forzada por ventilador. Lo mismo también se aplica cuando se usa agua como medio, que se bombea a través del intercambiador de calor y luego fluye hacia el tanque de almacenamiento para su uso por las unidades terminales. Una vez que se ha evaporado, el refrigerante ya no puede absorber cantidades considerables de energía y, en consecuencia, necesita ser devuelto al estado líquido por condensación. El compresor se usa entonces para comprimir el refrigerante a una presión que es más alta que en el evaporador (hasta 8-10 veces) De modo que el proceso de condensación puede tener lugar a una temperatura que es compatible con una fuente de “frío” fácilmente disponible, y que no es otra que el aire exterior. Por lo tanto, la condensación ocurre a una temperatura alta (generalmente 35-55 ° C) dentro de un intercambiador de calor donde los dos fluidos están fuera del aire y del refrigerante. Este último se condensa y vuelve al estado líquido, mientras que el aire exterior se calienta. El refrigerante líquido todavía está a alta presión cuando sale del condensador. Por lo tanto, se necesita un dispositivo de expansión para expandir el refrigerante líquido y reducir su presión al valor al que se produce la evaporación. El refrigerante ha vuelto a su estado inicial (líquido a baja presión y temperatura) y puede absorber una vez más la energía del aire o del agua.

POR LO TANTO, LA FUNCIÓN DEL COMPRESOR ES HACER CIRCULAR REFRIGERANTE DENTRO DEL CIRCUITO, EXTRAERLO COMO UN GAS DEL EVAPORADOR Y LUEGO COMPRIMIRLO Y ENTREGARLO A UNA PRESIÓN MÁS ALTA AL CONDENSADOR. Proporciona compresión volumétrica. Es decir, una reducción progresiva del volumen, utilizando sistemas rotativos o alternativos. Este trabajo mecánico implica un aumento significativo en la temperatura del gas (a veces por encima de 100 ° C), así como el consumo de energía. El consumo de energía del compresor depende de la diferencia entre las dos presiones de operación. El refrigerante que ingresa al compresor debe estar en estado gaseoso. Esto es así porque los líquidos son notoriamente incompresibles. El compresor comienza a funcionar cuando la unidad necesita proporcionar refrigeración. Generalmente se activa a través de sistemas de control de temperatura.

Condensador: Una vez esté el refrigerante en el condensador, se transfiere el calor de condensación a través del refrigerante hacia un fluido externo y se transforma nuevamente al estado líquido.

Válvula de expansión: El refrigerante en estado líquido, entra en la válvula de expansión. Debido a la irreversibilidad del proceso, una parte de calor se pierde, entrando el refrigerante como una mezcla de líquido y vapor al evaporador.

Evaporador: Cuando el refrigerante accede al evaporador, el gas ya está frío y no tiene presión, por lo que vuelve al estado gaseoso. El calor lo toma del caño de cobre, que se enfría y vuelve a coger energía calorífica del aire. La intervención del ventilador posibilita que este aire pase por el evaporador, con lo que se retira el calor de los productos almacenados. Este gas a altas temperaturas llega al compresor, con lo que se completa el circuito. La operación se realiza de forma continua, enfriando el aire y los alimentos hasta alcanzar el frío óptimo. El ciclo se repite cuando aumenta en torno a un grado la temperatura fijada.

Acumulador de Succión: Un acumulador de succión es, básicamente, un recipiente a presión, diseñado para evitar daños al compresor a causa de una inundación repentina de refrigerante o aceite líquidos, la cual puede llegar por la línea de succión hacia el compresor. Un acumulador de succión es un depósito temporal para retener el exceso de esta mezcla de aceite y refrigerante líquidos, y posteriormente enviarla en forma de gas, a una proporción que el compresor pueda manejar de manera segura. Los acumuladores de succión están diseñados para retener un porcentaje de la carga total de refrigerante del sistema, evitando además el golpe de líquido y la dilución excesiva del aceite del compresor. Debe existir una cierta cantidad de turbulencia controlada, para evitar que el acumulador de succión sirva como separador de aceite, y para que el aceite no se quede atrapado dentro de éste.

Visor: Nos permite ver como el fluido está pasando, si vemos burbujas quiere decir que no hay refrigerante y cuando esta de color verde indica que no hay presencia de agua, pero si vemos que esta de color amarillo indica que hay presencia de agua.

Válvula Solenoide: Sirve como protección cuando tengamos que parar la maquina por mucho tiempo ya que la presión baja por lo tanto puede ingresar líquido al compresor, también funciona con el automatismo del control.

Sifón: El tubo de sifón debe garantizar que al compresor no le falte aceite es decir que en un determinado momento el aceite es succionado como un sorbo, pero no todo el aceite es succionado, cierta cantidad vuelve y es succionado cuando nuevamente el aceite llega a cierto nivel.

Filtro de Partículas: Es un filtro que tiene la función de no dejar pasar ninguna partícula solida a la línea de succión del compresor.

Tablero eléctrico: Es el encargado de controlar el funcionamiento del equipo, a este tablero le llegan todas las señales de todos los sensores.

Presostato: Están compuestos de presostatos de alta y baja, el de baja sirve para controlar un rango de presiones para que el arranque del motor y el alta sirve para controlar sobrepresiones. De este modo, la operación continúa desarrollándose y enfriando el aire hasta que los alimentos alcancen una temperatura óptima. El ciclo se repite cuando la temperatura sobrepasa un límite previamente establecido.

Refrigerante CARE 30: Es un refrigerante que consiste en una mezcla de isobutano (R-600a) y propano (R-290) desarrollado para reemplazar el diclorodifluorometano (R-12) y el 1,1,1,2tetrafluoroetano (R-134a). [1] Es principalmente para uso en pequeños sistemas comerciales de refrigeración y aire acondicionado que tradicionalmente han usado R-12.

PROCEDIMIENTO Y MATERIALES MATERIALES • Manómetro • Multi-termómetro • Frutas • Cronómetro • Micro-controlador

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Es un compresor semi abierto ya que el motor se encuentra fuera del mismo, se energiza el motor eléctrico creando campo magnético que hace girar al eje conectado al cigüeñal transmitido por un sistema de correa y polea. El compresor descarga gases calientes en alta presión al condensador que es enfriado por aire con un ventilador, del condensador sale refrigerante en estado líquido por una línea líquida (la de menor diámetro) y entra a la válvula de expansión. Del compresor sale a un filtro secador con sílica que retiene la humedad del refrigerante va al intercambiador de calor entra como serpentín entrega calor al refrigerante que vuelve del evaporador, luego el refrigerante va al visor que tiene una pastilla (verde no tiene agua, amarrillo tiene agua) cuando está bajo el nivel de refrigerante pasa con turbulencia, pasa al solenoide (válvula electromagnética) sensores dentro la cámara avisan para des energizar al solenoide haciendo que caiga un pistón evitando que pase el refrigerante, así cuando vuelva a arrancar el condensador solo recibe vapor del evaporador. Llega a la válvula de expansión, se expande haciendo una caída de presión y de temperatura y absorbe calor de los alimentos saliendo del evaporador en estado gaseoso.

El tubo o línea de succión empieza saliendo del evaporador pasa por un filtro de partículas sólidas, tiene dos entradas en las cuales se puede leer la presión luego va al acumulador de succión (intercambiador de calor) donde se acumula el refrigerante líquido que queda.

A la salida y entrada del compresor hay amortiguador de vibraciones para no dañar al sistema. Cuatro cables tensión de 380(V) con neutro entre fase neutro 220, tenemos un disyuntor, lado un relé de falta que protege por si no hay energía, tenemos abajo cuatro contactores sirven para automatizar la instalación el primero para accionar el motor, luego debajo un relé térmico para proteger al motor de las sobrecargas, exceso de amperaje. En el relé la parte izquierda está conectada al led rojo que detecta falla. El naranja es para el des escarche, el controlador se puede programar para que des escarche en un determinado tiempo. El verde alumbra cuando el solenoide esta energizado. Del controlador salen dos sensores de temperatura uno para el ambiente dentro la cámara y otro para el evaporador, se programa para que cuando llegue a una temperatura encienda y otra apague. El sensor informa al controlador que está en la temperatura para que arranque este energiza al solenoide que hace que circule el refrigerante al haber presión el pre-sostato de baja se desactiva, al llegar a la temperatura deseada el controlador des energiza al solenoide y detiene momentáneamente al equipo.

DATOS

Presión alta = 12 bar (manométrico)= 1,2 MPa

Presión baja = 2 bar (manométrico)= 0,2 MPa

Temperatura a la entrada al compresor= 10(°C)

Temperatura a la entrada a la válvula de expansión = -10(°C)

Presión atmosférica en Cochabamba =565 mmHg = 0,075 MPa

Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión manométrica

CÁLCULOS Y RESULTADOS Presión de alta = (1,2 +0,075)= 1,275 MPa Presión de baja = (0,2+0,075)= 0,275 MPa

CON EL DIAGRAMA DE L REFRIGERANTE CARE 30

h1 =585 [KJ/Kg]

h2 =636 [KJ/Kg] h3 = h4 =62 [KJ/Kg]

h1−h 4

585−62

COP= 636 −585

COP= h −h 2 1

COP=10, 25

CALCULAMOS EL COPmax

COPmax=

T Evap T Cond −T Evap

COPmax=0, 5

RENDIMIENTO

−10

COPmax= 10−(−10)

ŋ=

COP COPmax

ŋ=

10,25 0,5

ŋ=20,5 %

CUESTIONARIO 1.

¿COMO SE OBTIENE EL COP?

El coeficiente de rendimiento, COP, de un refrigerador se define como el calor extraído del depósito frío Q frío (es decir, dentro de un refrigerador) dividido por el trabajo W realizado para eliminar el calor (es decir, el trabajo realizado por el compresor).

Como se puede ver, mejor (más eficiente) es el refrigerador cuando más calor Q frío se puede quitar del interior del refrigerador para una cantidad determinada de trabajo. Dado que la primera ley de la termodinámica debe ser válida también en este caso (Q frío + W = Q caliente), podemos reescribir la ecuación anterior:

Para un refrigerador ideal (sin pérdidas e irreversibilidades) se puede derivar que:

2.

¿CUÁL ES EL COLCHÓN DE AIRE Y PARA QUÉ SIRVE?

El colchón de aire es el espacio ubicado alrededor de la cámara de refrigeración, sirve para que el refrigerador funcione correctamente y elimine el calor ya que si no hubiera estos espacios alrededor de la cámara de refrigeración no podría enfriar adecuadamente

3.

¿CUÁLES SON LAS TUBERÍAS DE DESCARGA, LÍNEA LIQUIDA, LÍNEA DE SUCCIÓN?

Líneas de líquido En esta línea el refrigerante y el aceite se mezclan adecuadamente. Aun cuando el líquido se mueva lentamente y existan trampas en la línea el aceite nunca quedará atrapado. Debe existir suficiente presión en la línea para evitar que el dispositivo de control de flujo trabaja incorrectamente. Para evitar una caída de presión excesiva se recomienda sub enfriar el líquido. Líneas de succión. Existen problemas de diseño, principalmente cuando se utilizan compresores reciprocantes (los que utilizan cilindros y pistones para comprimir). Esta debe tener el diámetro apropiado para compensar la pérdida de presión ocasionada cuando el sistema trabaja a su máxima capacidad. Esta línea debe ser capaz de regresar el aceite del evaporador al compresor cuando el sistema traba a velocidades lentas. Líneas de descarga. Conocida como línea de gas caliente, es una línea con pocos problemas en los sistemas que tienen el condensador integrado. Esta línea se debe diseсar de tal manera que no retenga el aceite del compresor. Todas las tuberías de que componen las líneas de refrigerante deben ser del tamaño correcto para la cantidad de líquido o vapor a las que fueron diseсadas, incluyendo el diámetro correcto, la longitud y el calibre de la tubería. Esto es de vital importancia ya que un mal diseño provoca una pérdida de presión del refrigerante en las líneas, y es perjudicial para el sub enfriamiento de la línea del líquido. Esto ocasiona que la válvula de expansión no realice adecuadamente su trabajo. También existen problemas con el compresor y el evaporador cuando hay bajas presiones en el sistema.

4.

¿DÓNDE SE ENCUENTRA Y QUE FUNCIÓN CUMPLE EL SIFÓN?

En sifón en la tubería de aspiración es un recurso sencillo y de muy bajo coste para garantizar el arrastre del aceite por el refrigerante hacia el compresor. Para realizar esa función, el sifón se convierte en una trampa donde se acumula paulatinamente el lubricante provocando una reducción del diámetro de la conducción. El efecto resultante es el aumento de la velocidad de los vapores de refrigerante, lo que provoca que se arrastre el aceite acumulado en el sifón. Los sifones se pueden obtener en el mercado o se fabrican durante la instalación. Se debe procurar que éste sea de dimensiones mínimas para aumentar su efectividad y evitar que se conviertan en acumuladores de aceite.

5.

EXPLIQUE EL TABLERO ELÉCTRICO.

Los tableros eléctricos son equipos pertenecientes a los sistemas eléctricos y están destinados a cumplir con algunas de las siguientes funciones: medición, control, maniobra y protección. Constituyen uno de los componentes más importantes de las instalaciones eléctricas y por ende están siempre presentes en ellas, independientemente de su nivel de tensión, su tipo o tamaño. Este proyecto está enfocado esencialmente a CONTROLAR y MANTENER la temperatura indicada y precisa de una cámara de refrigeración que tiene como finalidad la conserva de pescados a través de un tablero eléctrico de transferencia manual. El procedimiento del congelado de los pescados se realiza en cuartos frigoríficos con fuertes corrientes de aire que varía desde los -20 hasta - 35 °C. Generando así un circuito cerrado que va disminuyendo la temperatura hasta llegar a la temperatura establecida por el operador en el controlador. Por otro lado al tablero eléctrico se le acoplara un Amperímetro Digital de Corriente Alterna, con la finalidad de registrar el consumo de corriente del tablero durante su funcionamiento. El equipo de censado estará ubicado en unas de las fases de salida de la llave general; obteniendo un registro de la corriente debido el campo magnético inducido en el transformador (Toroide). El transformador registra el flujo de corriente que fluye por el conductor; obteniendo en la salida del transformador del lado secundario una corriente reducida, el cual está en relación proporcional a la entrada del primario. Para la realización del proyecto se utilizara de manera práctica un transformador de corriente que este en la relación de 200/5 A.

6.

EXPLIQUE LOS CONTACTORES Y RELÉ AUXILIAR.

El contactor es un aparato eléctrico de mando a distancia, que puede cerrar o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga Su principal aplicación es la de efectuar maniobras de apertura y cierra de circuitos eléctricos Los reles cumplen funciones muy diferentes tales como realizar una labor de protección, combinar o establecer secuencias dentro del funcionamiento de los equipos, etc. 7.

EXPLIQUE TODO SOBRE EL COMPRESOR.

Son mecanismos o máquinas que se encargan de modificar la temperatura del ambiente, por medio del uso de la energía, que hace que circule el fluido por medio de una serie de tuberías internas ...