CALCULO DE LA INSTALACION FRIGORÍFICA DE UN MATADERO

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS

PROYECTO FÍN DE CARRERA

“DISEÑO, CÁLCULO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MATADERO PARA EL
SACRIFICIO DE 300 CABEZAS DE GANADO VACUNO/DIA SITUADO EN
LA LOCALIDAD DE SOCUÉLLAMOS (CIUDAD REAL)”

Anexo IV – Instalación Frigorífica I

Jaime Fisac Pongilioni
Madrid, Marzo de 2008

ÍNDICE GENERAL

1. LEGISLACIÓN.

2. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE EL SECTOR CÁRNICO.

3. EL FRÍO EN LA CARNE.

4. INSTALACIÓN FRIGORÍFICA.

5. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS.

6. ESTUDIO DEL CICLO TERMODINÁMICO.

7. ELECCIÓN DE EQUIPOS.

8. BIBLIOGRAFÍA.

LEGISLACIÓN

• REGLAMENTO

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

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

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

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

LEGISLACIÓN

• REGLAMENTACIÓN RELATIVA A INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS.

ITC-MI-IF-001: Terminología

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

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

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

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

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

ITC-MI-IF-007: Sala de máquinas.

ITC-MI-IF-008: Focos de calor.

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

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

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

ITC-MI-IF-012: Instalaciones eléctricas.

LEGISLACIÓN

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

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

ITC-MI-IF-015: Inspecciones periódicas.

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

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

INFORMACIÓN GENERAL SOBRE EL SECTOR CÁRNICO

EL SECTOR CÁRNICO EN EUROPA:

Unión Europea en 2001 (toneladas )

MAYOR MENOR España

Francia Dinamarca
Productores de carne de vacuno 642.033
1.566.000 153.400
Alemania Dinamarca
Exportadores de carne de vacuno 116.662
609.975 89.823
Reino Unido Bélgica-Luxemburgo
Importadores de carne de vacuno 66.009
403.683 46.650

Fuente: FAOSTAT.


EL SECTOR CÁRNICO EN ESPAÑA:

 Clasificación en función de la actividad que se desarrolla.

ACTIVIDAD Nº DE ESTABLECIMIENTOS

Número de mataderos (excluidos los de excepción permanente) 589
Número de almacenes frigoríficos 2155
Número de salas de despiece 1938
Número de industrias de elaboración 4847
Número medio de empleados/empresa 11

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

 Número de empresas a nivel nacional por actividad principal.
TOTAL
1 Industria de productos alimenticios y bebidas 31.847
2 Fabricación de otros productos alimenticios 15.129
3 Elaboración de bebidas 5.151
4 Industria cárnica 4.469
5 Industrias lácteas 1.643
6 Fabricación de grasas y aceites (vegetales y animales) 1.579
7 Preparación y conservación de frutas y hortalizas 1.382
8 Fabricación de productos para la alimentación animal 911
9 Elaboración y conservación de pescados y productos a base de pescado 808
10 Fabricación de productos de molinería, almidones y productos amiláceos 775
Fuente: Directorio central de empresas (DIRCE) año 2006


 Número de industrias cárnicas por Comunidades Autónomas.

NÚMERO
1 Castilla y León 833
2 Cataluña 740
3 Andalucía 695
4 Castilla La Mancha 287
5 Comunidad Valenciana 286
6 Madrid (Comunidad de) 285
7 Extremadura 268
8 Galicia 194
9 Aragón 156
10 Murcia (Región de) 137
11 País Vasco 134
12 Asturias (Principado de) 103
13 La Rioja 95
14 Navarra (Comunidad Foral de) 86
15 Islas Baleares 77
16 Canarias 56
17 Cantabria 36
18 Ceuta y Melilla 1

Fuente: Directorio central de empresas (DIRCE) año 2006

EL FRÍO EN LA CARNE

REFRIGERACIÓN DE LA CARNE:

La carne tiene: actividad enzimática endógena + actividad proteolítica (maduración del músculo en carne).
Composición de la carne: proteínas, lípidos, agua favorecer el crecimiento microbiano
Actividad enzimática
Procesos que dependen directamente de la Tª
Crecimiento microbiano

Evitar el crecimiento microbiano de dos maneras: 1) bajando la temperatura de la canal tras el faenado.
2) enfriando la canal a Tª superior a la Tª congelación

TRANSFORMACIÓN POST MORTEM:

Se producen transformaciones tras el sacrificio del animal (reacciones a velocidad en f de Tª).
Acortamiento por frio: Tª de la canal en pre-rigor < 10-15 ºC

MODIFICACIONES DURANTE LA REFRIGERACIÓN:

(A) Modificaciones Físicas: - pérdida de peso (mermas en la refrigeración)
- deshidratación superficial.
(B) Modificaciones producidas por microorganismos:

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

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

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

EL FRÍO EN LA CARNE

Flora microbiana : bacterias psicrotrofas
levaduras.
mohos.

Velocidad de crecimiento de los microorganismos en función de:

- pH final de la carne
- Tª de la carne
- aw superficial  en función de la humedad durante la refrigeración : HR Velocidad crecimiento

HR Pérdida de peso
Deshidratación superficial

(C) Enranciamiento oxidativo:

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

(D) Cambios en la coloración de la carne

INSTALACIÓN FRIGORÍFICA

CURVAS TEÓRICAS DE REFRIGERACIÓN DE LAS CANALES DE VACUNO
( Rosset, R., 1979)

Temperatura (ºC)

40

“ESTACIONAMIENTO LIMITADO”
putrefacción

C
“PASO PROHIBIDO”
contractura por el
B
frío
A

4 8 12 20 32 Tiempo (horas)

A: Refrigeración ultra-rápida (tiempo de semienfriamiento: 4 horas) : RIESGO DE CONTRACTURA POR EL FRÍO
B: Refrigeración rápida (tiempo de semienfriamiento: 8 horas) : NINGÚN RIESGO
C: Refrigeración lenta (tiempo de semienfriamiento: 20 horas): RIESGO DE PUTREFACCIÓN


REFRIGERACIÓN RÁPIDA: Tiempo de semienfriamiento : 8 horas

3 etapas 3 cámaras:

Cámara 1: Temperatura de las canales a la entrada: 37ºC
Tiempo de permanencia de las canales en la cámara: 2 horas 45 minutos
Temperatura de las canales a la salida: 27ºC
Raíl aéreo mecanizado con velocidad de desplazamiento :45 animales/hora

Dimensiones de la cámara:

• Largo: 24 m.
• Ancho:20 m.
• Alto:5.5 m.
Temperatura interior: -2 a -4 ºC.
Raíles aéreos:
Temperatura exterior a la cámara:
• Número de raíles: 10
• Separación entre raíles: 2m.
pared norte: 10 ºC.
• Separación entre el raíl y la pared…
pared sur: 10 ºC.
pared este: 10 ºC.
… norte: 1 m.
pared oeste: 10 ºC.
… sur: 2 m.
… este: 1 m.
Humedad Relativa interior: 90%
… oeste: 1 m.


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


• Largo: 21,5 m.
• Ancho:20 m.
• Alto:5,5 m.

Raíles aéreos:

• Separación entre raíles: 1,1 m.

… norte: 0,875 m.
… sur: 0,875 m.
… este: 1,4 m.
… oeste: 1,4 m.

Temperatura interior: 1ºC.


pared sur: 10 ºC.
pared este: 10 ºC.

Humedad Relativa interior: 90 - 95%


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


• Largo: 21,5 m.
• Ancho:20 m.
• Alto:5,5 m.

Raíles aéreos:

• Separación entre raíles: 1,1 m.

… norte: 0,875 m.
… sur: 0,875 m.
… este: 1,4 m.
… oeste: 1,4 m.

Temperatura interior: 1ºC.


pared sur: 10 ºC.
pared este: 10 ºC.

Humedad Relativa interior: 90 – 95 %

CÁMARAS FRIGORIFICAS: Planta

CÁMARA 3 CÁMARA 2 CÁMARA 1

CÁMARAS FRIGORIFICAS: Secciones
2

PLANTA

1 1’

SECCIONES
2’

1 1’

1’ 1

2 2’



MATERIAL AISLANTE: Poliestireno extrusionado:

 Coeficiente de conductividad: 𝛌 = 0,032 (W/m*°C) = 1,17 *10-4 ( W/m*K)
 Densidad aparente: 𝛒a = 33 (Kg/m3)

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

 ρrefrigeración = 8~9

ESPESOR COMERCIAL DEL AISLANTE (m)
PARED
Norte 0,04 0,04 0,04
Sur 0,04 0,04 0,04
Este 0,04 0,04 0,04
Oeste 0,04 0,04 0,04
Techo 0,04 0,04 0,04
Suelo 0,04 0,04 0,04

CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS

Carga térmica: cantidad de calor que debe ser extraído durante una unidad de tiempo, para compensar la cantidad de
calor que entra o se desarrolla en su interior.

El calor tiene distintos orígenes:

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

 RENOVACIÓN DEL AIRE POR APERTURA DE PUERTAS: Q2

 CARGAS TÉRMICAS DEBIDAS A LA REFRIGERACIÓN DEL PRODUCTO: Q3

 CALOR CEDIDO POR LAS PERSONAS EN EL ESPACIO REFRIGERADO: Q6

 CALOR CEDIDO POR LA ILUMINACIÓN DEL ESPACIO REFRIGERADO: Q7

 DESESCARCHE DE LOS EVAPORADORES: Q8

 EQUIVALENTE TÉRMICO DEL TRABAJO DE LOS VENTILADORES: Q9


Q1 CALOR A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS (paredes y techos)

Q1 = S * Ø = S * K * 𝚫T

•Q1 (KJ/h) = calor que se produce a través de los cerramientos. Es calor sensible.
•S (m2) = superficie total.
•Ø (W/m2) = flujo de calor.
Ø real (W/m2) = (λ * ΔT ) / e comercial elegida (m)

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

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

Q1 (W)
REFRIGERACIÓN RÁPIDA (cámara 1) 12872,25
REFRIGERACIÓN ( Cámara 2) 7773,8
REFRIGERACIÓN (Cámara 3) 9102,6
TOTAL 29748,65


Q2 RENOVACIÓN DEL AIRE POR APERTURA DE PUERTAS

CONDICIONES INTERNAS Y EXTERNAS A LA CÁMARA

Aire interior:
Diagrama de Carrier.
i i = 8,6 KJ/Kg a.s. = 11,05 KJ/m3. Kg a / Kg a.s.
100%
Tª = -3°C.
Vi = 0,778 90%
vi = 0,778 m3/Kg a.s. Ve = 0,810
HR = 90% ie = 26,25 85%
xi = 0,00333 Kg agua/Kg a.s. = 4,284 g/m3. ii = 8,6
REFRIGERACIÓN RÁPIDA
Cámara 1 Aire exterior:
i e = 26,25 KJ/Kg a.s. = 32,4 KJ/m3. 0,0064
Tª = 10°C. 0,00333
ve = 0,810 m3/Kg a.s.
HR = 85%
xe= 0,0064 Kg agua/Kg a.s. = 7,9 g/m3. Tª (°C) -3 10

Aire interior:
Diagrama de Carrier. Kg a / Kg a.s.
ii = 10,5 KJ/Kg a.s. = 13,53 KJ/m3. 100%
Tª = 1°C. Vi = 0,776 93%
Ve = 0,810
vi = 0,776 m3/Kg a.s.
85%
HR = 93% ie = 26,25
ii = 10,5
xi = 0,0037 Kg agua/Kg a.s. = 4,768 g/m3.
REFRIGERACIÓN
Cámaras 2 y 3 Aire exterior:
ie = 26,25 KJ/Kg a.s. = 32,4 KJ/m3. 0,0064
0,00337
Tª = 10°C.
ve = 0,810 m3/Kg a.s.
HR = 85%
Tª (°C) 1 10
xe= 0,0064 Kg agua/Kg a.s. = 7,9 g/m3.

Elaboración propia


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

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

Q2 (W) Q2l (W) Q2s (W)
REFRIGERACIÓN RÁPIDA
1094,401 463,3904 631,0106
(cámara 1)
REFRIGERACIÓN (cámara 2) 883,253594 366,501094 516,7525
REFRIGERACIÓN (cámara 3) 883,253594 366,501094 516,7525
TOTAL 2860,90819 1196,39259 1664,5156


Q3 CARGAS TÉRMICAS DEBIDAS A LA REFRIGERACIÓN DEL PRODUCTO

Q3 = M * cpw * 𝚫T

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

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

300 Kg/animal * 300 animales = 90000 Kg

Q3 c1 = M * ΔT * cpw = 45 animales/h * 300 Kg/animal * (40-32) ºC * 2,97 = 320760 KJ/h
= 320760 KJ/h * 20 h/d = 6415200 KJ/d
Q3 c2 = M * ΔT * cpw = 45 animales/h * 300 Kg/animal * (32 -10) ºC * 2,97 = 882090 KJ/h
= 882090 KJ/h * 18 h/d = 15877620 KJ/d
Q3 c3 = M * ΔT * cpw = 45 animales/h * 300 Kg/animal * (10 - 7) ºC * 2,97 = 33412,5 KJ/h
= 33412,5 KJ/h * 18h/d = 601425 KJ/d

Q3 TOTAL = 320760 + 882090 + 33412,5 = 1236262,5 KJ/h
= 1236262,5 KJ/h * 1000J/KJ * 1h/60min * 1min/60s = 343406,25 W


Q6 CALOR CEDIDO POR LAS PERSONAS EN EL ESPACIO REFRIGERADO

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

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

Np Fp T x rp Q6s (W) Q6l (W)
CÁMARA 1 1 3 0,3 2.851,2 2.250
CÁMARA 2 3 264 7 0,3 2.500 19958,4 15750
CÁMARA 3 3 7 0,3 19958,4 15750
SUBTOTAL 42768 33750
TOTAL 76518


Q7 CALOR CEDIDO POR LA ILUMINACIÓN EN EL ESPACIO REFRIGERADO

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

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

p (W/m2) S (m2) P (W) T (horas/día) Q7 (W)
CÁMARA 1 5 480 2.400 3 25.920
CÁMARA 2 5 430 2.150 5 38.700
CÁMARA 3 5 430 2.150 5 38.700
TOTAL 103.320


Q8 DESESCARCHE DE LOS EVAPORADORES

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

mR = 4% * 90.000 = 3675 Kg/d

Cámara 1: mR c1 = 75% * 3675 = 2756,25 Kg/d
Cámara 2: mR c2 = 25% * 3675 = 918,75 Kg/d

mC = % de mermas en conservación * M

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

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

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

Total masa de hielo: mH = m R + m C + w

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

Peso del aire: m0 = Vc / Vi Vc (m3) = volumen de la cámara.
Vi (m3/Kg) = volumen específico del aire. a 1ºC: Vi = 0,776 m3/Kg.
a -3ºC: Vi = 0,778 m3/Kg.

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


Desecación y Condensación:

Desecación: mide la pérdida de humedad.
Condensación: es el resultado de la reducción de temperatura causada por la eliminación del calor
latente de evaporación.

CONDICIONES EN EL INTERIOR DE LAS CÁMARAS

X (Kg a / Kg a.s.)
HR (%)
Tªe= -6°C
CÁMARA 1

90 X-3,5=0,0029
Δth = 5°C X-6=0,00215
X-8,5=0,0019

Tª (ºC)
-8,5 -6 -3,5
Tª cámara= -3°C
Δth = 5°C
ΔTª=5ºC ΔX = 1 * 10-3 Kg a / Kg a.s.
HR (%) X (Kg a / Kg a.s.)

Tªe= -3°C
CÁMARA 2 y 3

93 Δth = 4,5°C
X-0,75=0,0036

X-0,75=0,00285

X-5,25=0,0025

Tª (ºC)
-5,25 -3 -0,75
Δth = 4,5°C Tª cámara= 1°C
ΔTª=4,5ºC ΔX = 1,1 * 10-3 Kg a / Kg a.s.


Desecación : ΔX
Xi Xs ΔX
(Kg a / Kg a.s.) (Kg a / Kg a.s.) (Kg a / Kg a.s.)
CÁMARA 1 X-8,5 = 0,0019 X-3,5 = 0,0029 ΔX = 1 * 10-3
CÁMARAS 2 y 3 X-5,25 = 0,0019 X-0,75 = 0,0036 ΔX =1,1 * 10-3

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

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


Coeficiente de Recirculación: CR = mh / c *tIF mh (Kg/d) = masa total de hielo.
c (Kg) = condensación.
tIF = tiempo de funcionamiento.
Para cámaras de Tª < 0°C : tIF = 18 ~ 20 h.
Para cámaras de Tª > 0°C : tIF = 16 ~ 18 h.

•Cámara 1: CR = 1854,82/3,39 * 20 = 27,36 recirc/d
•Cámaras 2 y 3: CR = 1850,69/3,35 * 18 = 30,69 recirc/d

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

mRc1 + wc1 mRc2 + wc2 mCc3 + wc3
mh 2756,25 + 16,682 = 918,75 + 13,190 = 122,5 + 13,19 =
2772,93 Kg/d 931,94 Kg/d 135,69 Kg/d


Calor de desescarche de evaporadores:

Cámara 1:
Hielo a Hielo a Agua a
Agua a 3ºC
-6ºC 0ºC 0ºC
qsh ql qsch
te

qsh mh*cph*Δth 2772,93*2,1*6 34938,918 KJ/d 485,26 W
ql mh*Lf 2772,93*334 926158,62 KJ/d 12863,31 W
qsch mh*cpw*Δtw 2772,93*4,18*3 34772,54 KJ/d 482,96 W

Cámara 2:
Agua a 3ºC
-3ºC 0ºC 0ºC
qsh ql qsch
te

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

Cámara 3:
Agua a 3ºC
-3ºC 0ºC 0ºC
qsh ql qsch
te

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


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

% 50 50 50
QH (KJ/d) 995870,078 328825,71 47876,74
QE (KJ/d) 497935,039 164412,85 23938,37
QP (KJ/d) 298761,02 98647,712 14363,02
Q8 (KJ/d) 796696,06 263060,56 38301,39
Q8(W) 11065,22 4059,57 591,07
Q8 TOTAL 15715,86 W

QE : calor que almacena la estructura metálica del evaporador.
QP : calor irradiado al interior de la cámara.
QH : calor de fusión del hielo.

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

QH (KJ/d)
tD(h) = tiempo de desescarche. (4 horas)
η(%) = rendimiento.
Nd (kW) = potencia para fundir el hielo.

QH (KJ/d) 995870,078 328825,71 47876,74
tD (h) 4 4 4
η (%) 80 80 80
ND (KW) 130,06 42,81 6,23
TOTAL 179,1 KW


Q9 EQUIVALENTE TÉRMICO DEL TRABAJO DE LOS VENTILADORES
Q9e (KJ/d) = % * Qs
∑Qi = Qs + Q9e
Cálculo del calor por ventiladores:
Vv = (1+pv)/100 * ∑Qis
CR = Vv / V
Nv = 0,283 * Vv * (dp/ ηv )
Cámara 1:

dp (Kpa)
Vol. Cámara(m3) ηv (%) preenfriamiento horas/dia Qs (KJ/d) % %
2640 0,65 0,55 20 10128338 0,28376531 28,37653064

KJ/h
ηv : rendimiento del ventilador Q9e (KJ/d) 2874071 143704
Dp: presión de impulsión del aire ∑Qi 650120,47
Q9e : calor estimado ventilador
Vv: volumen a mover por el ventilador Vv (m3/h) 166697,56
Nv: potencia del motor del ventilador CR(recirculaciones/h) 63,143013
Q9t : calor teórico del ventilador Nv(W) 39917,653 Nv(KW) 39,91765307
Q9t (KW) 39,917653 Q9t(KJ/h) 143704
Q9t(KJ/d) 2874071,021
Q9 = Q9s = Q9t = 1243285,993 KJ/d


Cámara 2:
dp (Kpa)
Vol. Cámara(m3) ηv (%) preenfriamiento horas/dia Qs (KJ/d) % %
2365 0,65 0,55 18 21672126 0,28376531 28,37653064

KJ/h
Q9e (KJ/d) 6149797,5 341655
∑Q 1545662,4
Vv (m3/h) 396323,7
CR(recirculaciones/h) 167,57873
Nv(W) 94904,282 Nv(KW) 94,90428207
Q9t (KW) 94,904282 Q9t(KJ/h) 341655
Q9t(KJ/d) 6149797,478
Q9 = Q9s = Q9t = 6147797,478 KJ/d

Cámara 3:

dp (Kpa)
Vol. Cámara(m3) ηv (%) conservacion horas/dia Qs (KJ/d) % %
2365 0,65 0,25 18 11667993 0,11169583 11,16958295

KJ/h
Q9e (KJ/d) 1303266,1 72403,7
∑Q 720625,5
Vv (m3/h) 184775,77
CR(recirculaciones/h) 78,129289
Nv(W) 20112,132 Nv(KW) 20,11213181
Q9t (KW) 20,112132 Q9t(KJ/h) 72403,7
Q9t(KJ/d) 1303266,141
Q9 = Q9s = Q9t = 13003266,141 KJ/d


CÁLCULO TOTAL DE NECESIDADES POR CÁMARA

Cámara 1: Qis Qil Qi
KJ/d W KJ/d W KJ/d W KJ/h
cerramientos 1112162,4 1557,81 0 0 1112162,4 1557,81
renovación de aire 45432,76 631,01 23364,11 463,39 68796,87 1094,4
refrigeración del producto 6415200 89100 0 0 6415200 89100
personal 246343,68 3421,44 194400 2700 440743,68 6121,44
iluminación 2239488 31104 0 0 2239488 31104
desescarche evaporadores 69711,458 968,21 926158,62 12863,31 995870,078 13831,52
ventiladores 2874071,021 39917,65307 0 0 2874071,02 39917,6531
Subtotal 13002409,32 166700,1231 1143922,73 16026,7 14146332 182726,823
Varios (5%) 707316,602 9136,34115
TOTAL 14853649 191863,16 742682,433

Cámara 2:

Qis Qil Qi
cerramientos 671656,32 10365,06667 0 0 671656,32 10365,0667
refrigeración del producto 15877620 245025 0 0 15877620 245025
personal 1724405,76 26611,2 1360800 21000 3085205,76 47611,2
iluminación 3343680 51600 0 0 3343680 51600
ventiladores 6149797,478 94904,28207 0 0 6149797,48 94904,2821
Subtotal 27821923,49 429350,6711 1698456,04 26210,7413 29520379,5 455561,412
Varios (5%) 1476018,98 22778,0706
TOTAL 30996399 478339,48 1722022,14


Cámara 3:

Qis Qil Qi
cerramientos 786464,64 12136,8 0 0 786464,64 12136,8
refrigeración del producto 601425 9281,25 0 0 601425 9281,25
personal 1724405,76 26611,2 1360800 21000 3085205,76 47611,2
iluminación 3343680 51600 0 0 3343680 51600
ventiladores 1303266,141 20112,13181 0 0 1303266,14 20112,1318
Subtotal 7799004,001 120355 1432508,54 22106,6133 9231512,54 142461,613
Varios (5%) 461575,627 7123,08066
TOTAL 9693088,2 149584,69 538504,898

TABLA RESUMEN DE NECESIDAD TOTAL POR CÁMARA:

KJ/h
Cámara 1 742682,433
Cámara 2 1722022,14
Cámara 3 538504,898
TOTAL 3000509,471


CARGA TOTAL (CÁMARA 1 + CÁMARA 2 + CÁMARA3)

CARGA TÉRMICA
CÁMARA 1 CÁMARA 2
TRAMO mínima máxima mínima máxima
I [126 * 300 * (40-32) * 2’97/168] * 60
0 0 0
= 320.760 KJ/h
II [174 * 300 * (32-10) * 2’97/232] *
320.760 KJ/h 320.760 KJ/h 0
60 =882.090 KJ/h
III [174 * 300 * (32-10) * 2’97/232] * 60 [174 * 300 * (32-10) * 2’97/232] *
320.760 KJ/h 0
= 882.090 KJ/h 60 =882.090 KJ/h
IV [300 * 300 * (32-10) * [300 * 300 * (32-10) *
0 0
2’97/(232+168)] * 60 = 882.090 KJ/h 2’97/(232+168)] * 60 =882.090 KJ/h
V [300 * 300 * (32-10) *
0 0 0
2’97/(232+168)] * 60 =882.090 KJ/h
VI 0 0 0 0


CARGA TÉRMICA TOTAL
TRAMO mínima máxima
I 0 320.760 KJ/h
II 320.760 KJ/h 320.760 + 882.090 = 1.202.850 KJ/h
III 1.202.850 KJ/h 882.090 KJ/h
IV 882.090 KJ/h 882.090 KJ/h
V 882.090 KJ/h 882.090 KJ/h
VI 882.090 KJ/h (carga/expedición)

ESTUDIO DEL CICLO TERMODINÁMICO

Influencia de dos tipos distintos de refrigerante: 404-A Dos sistemas distintos: Evaporador Simple
R-717 Evaporador Múltiple

Refrigerante Refrigerante
404-A R-717 ¿?
Evaporador Simple (1) (2) mayor η económico Evaporador Múltiple (3)

EVAPORADOR SIMPLE

Esquema del circuito:


Cálculo termodinámico:

(1) A-404

Intercambiador liquido-vapor
Fluido refrigerante: 404-A
Recalentamiento del vapor: 16 ºC
Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3
Temperatura de evaporación:
-6 ºC -3 ºC -3 ºC
Temperatura en la compresión: 23 + 14 = 37 ºC
Rendimiento de la Compresión 80%

ic’ = ic – 0,8 * (ia’ – ia)


CÁMARA 1 Nomenclatura utilizada:
P (bar) m(Kg/h) Caudal másico de refrigerante
-6 °C mv (m3/h) Masa volumetrica
+37 °C
10 °C
q1v (KJ/m3) Potencia frigorífica volumétrica
Wt (KJ/Kg) Trabajo del Compresor
Wt, Nt (KW) Potencia Total
c’ c b
ε Coeficiente de eficiencia
V (m3/Kg) = 0,042 εc Coeficiente de eficiencia de Carnot

d’

d a a’

i (KJ/Kg)

ia = 366,279 KJ/Kg
ia' = 379,767 KJ/Kg
ib = 404,54 KJ/Kg
ic = 262,5 KJ/Kg
ic' = id = ic - 10,7904 = 251,71 KJ/Kg
va' = 0,042 m3/Kg

q1 = ia - id = 114,57 KJ/Kg
q2 = ib – ic = 142,04 KJ/Kg
m= Q1 / q1 = 6482,346 Kg/h
Q2 = m * q2 = 920752,4258 KJ/h
Q1= 742682,433 KJ/h
mv= m * va' = 272,258 m3/h ε = q1 / wt = 4,6248
q1v = q1 / va' = 2727,8 KJ/m3 εc = T1 / ΔT = 6,2093
wt = ib - ia' = 24,773 KJ/Kg
Wt = (m * wt) / 3600 = 44,6 KW η económico = 74,48%


CÁMARA 2 P (bar)

-3 °C
+37 °C
13 °C

c’ c b

V (m3/Kg) = 0,04

d’

d a a’

i (KJ/Kg)

ia = 368,182 KJ/Kg ηc = 0,8
ia' - ia = 13,863
ia' = 382,045 KJ/Kg 11,0904 KJ/Kg
ib = 406,81 KJ/Kg
ic = 262,5 KJ/Kg
ic' = id = ic - 11,0904 = 251,4096 KJ/Kg
va' = 0,04 m3/Kg

q1 = ia - id = 116,7724 KJ/Kg
q2 = ib – ic = 144,31 KJ/Kg
m= Q1 / q1 = 14746,8249 Kg/h
Q2 = m * q2 = 2128114,301 KJ/h
Q1= 1722022,14 KJ/h
mv= m * va' = 589,872997 m3/h ε = q1 / wt = 4,71521906
q1v = q1 / va' = 2919,31 KJ/m3 εc = T1 / ΔT = 6,75
wt = ib - ia' = 24,765 KJ/Kg


CÁMARA 3 P (bar)

-3 °C
+37 °C
13 °C

c’ c b

V (m3/Kg) = 0,04

d’

d a a’

i (KJ/Kg)

ia = 368,182 KJ/Kg
ia' = 382,045 KJ/Kg ηc = 0,8
ia' - ia = 13,863
ib = 406,81 KJ/Kg 11,0904 KJ/Kg
ic = 262,5 KJ/Kg
ic' = id = ic - 11,0904 = 251,4096 KJ/Kg
va' = 0,04 m3/Kg

q1 = ia - id = 116,7724 KJ/Kg q2 = ib – ic = 144,31 KJ/Kg
m= Q1 / q1 = 4588,4549 Kg/h Q2 = m * q2 = 662159,926 KJ/h
Q1= 538504,898 KJ/h
mv= m * va' = 183,538 m3/h ε = q1 / wt = 4,71521906
q1v = q1 / va' = 2919,31 KJ/m3 εc = T1 / ΔT = 6,75
wt = ib - ia' = 24,765


(2) R-717

Fluido refrigerante: R-717
-6 ºC -3 ºC -3 ºC
Rendimiento de la Compresión: 80%


CÁMARA 1
P (bar)

-6 °C
+37 °C
10 °C

c’ c b

V (m3/Kg) = 0,042

d’

d a a’

i (KJ/Kg)

ia = 1583,33 KJ/Kg
ηc = 0,8
ia' = 1627,77 KJ/Kg ia' - ia = 44,44
35,552 KJ/Kg
ib = 1843,33 KJ/Kg
ic = 505,55 KJ/Kg
ic' = id = ic - 35,552 = 470 KJ/Kg
va' = 0,042 m3/Kg

m= Q1 / q1 = 667,1 Kg/h Q2 = m * q2 = 892433,0416 KJ/h
Q1= 742682,433 KJ/h
mv= m * va' = 28,018 m3/h ε = q1 / wt = 5,1648
q1v = q1 / va' = 26508 KJ/m3 εc = T1 / ΔT = 6,2093
wt = ib - ia' = 215,56 KJ/Kg


CÁMARA 2 P (bar)

-3 °C
+37 °C
13 °C

c’ c b

V (m3/Kg) = 0,04

d’

d a a’

i (KJ/Kg)

ia = 1588,88 KJ/Kg
ηc = 0,8
ia' = 1625,11 KJ/Kg ia' - ia = 36,23
28,98 KJ/Kg
ib = 1810 KJ/Kg
ic = 505,55 KJ/Kg
ic' = id = ic - 11,0904 = 476,566 KJ/Kg
va' = 0,04 m3/Kg

m= Q1 / q1 = 1548,14391 Kg/h Q2 = m * q2 = 2019476,323 KJ/h
Q1= 1722022,14 KJ/h
mv= m * va' = 61,9257562 m3/h ε = q1 / wt = 6,01608524
q1v = q1 / va' = 27807,85 KJ/m3 εc = T1 / ΔT = 6,75
wt = ib - ia' = 184,89 KJ/Kg


CÁMARA 3 P (bar)

-3 °C
+37 °C
13 °C

c’ c b

V (m3/Kg) = 0,04

d’

d a a’

i (KJ/Kg)

ia = 1588,88 KJ/Kg
ia' = 1625,11 KJ/Kg ηc = 0,8
ia' - ia = 36,23
ib = 1810 KJ/Kg 28,984 KJ/Kg
ic = 505,55 KJ/Kg
ic' = id = ic - 11,0904 = 476,566 KJ/Kg
va' = 0,04 m3/Kg

m= Q1 / q1 = 484,13 Kg/h Q2 = m * q2 = 631523,75 KJ/h
Q1= 538504,898 KJ/h
mv= m * va' = 19,365 m3/h ε = q1 / wt = 6,01608524
q1v = q1 / va' = 27807,85KJ/m3 εc = T1 / ΔT = 6,75
wt = ib - ia' = 184,89 KJ/Kg


Refrigerante 404-A Refrigerante R-717
Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3 Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3

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

EVAPORADOR MÚLTIPLE

Esquema del circuito:

CONDENSADOR
b
.

COMPRESOR

C’ . EVAPORADOR de .a
BAJA Tª
d
.

DEPÓSITO de
a1
. M EZCLA

EVAPORADOR de
ALTA Tª
d’
. . a2 = a3

VÁLVULA de
REDUCCIÓN

a
.


Cálculo termodinámico:

(3) R-717

Fluido refrigerante: R-717
-6 ºC -3 ºC -3 ºC
Rendimiento de la Compresión: 80%

ic’ = ic – 0,8 * (ia2 – ia1)


CÁMARA 1, 2 Y 3 P (bar)

-3 °C
+37 °C
13 °C

c’ c b

V (m3/Kg) = 0,04

d’

a1
d a a2 = a 3

i (KJ/Kg)

ia1 = 1583,33 KJ/Kg ηc = 0,8
ia3 - ia1 = 5,55 KJ/Kg
ia2 = ia3 = 1588,88 KJ/Kg ic' = 4,44 KJ/Kg
ic = 505,55 KJ/Kg
ic' = id1 =id2 = ic - 4,44 = 501,11 KJ/Kg

q2 c1 = Ib – ic = 1277,8 KJ/Kg
q1 c1 = ia1 - ic' = 1082,22 KJ/Kg
q2 c2 = q2 c3
q1 c2 = q1 c3 = ia2 - ic' =1087,77 KJ/Kg q2 c2 = Ib – ic = 1277,8 KJ/Kg

Q1 C1 = m1 * q1c1 = m1 * 1082,2 = 742682,433 KJ/Kg m1 = 686,27 Kg/h

Q1 C2 = m2 * q1c2 = m2 * 1087,8 = 1722022,14 KJ/Kg m2 = 1583,07 Kg/h
Q1 C3 = m3 * q1c3 = m3 * 1087,8 = 538504,898 KJ/Kg m3 = 495,04 Kg/h

Q2 C1 = m1 * q2c1 = 686,27 * 1277,8 = 876915,8 KJ/Kg
Q2 C2 = m2 * q2c2 = 1583,07* 1277,8 = 2022846,846 KJ/Kg
Q2 C3 = m3 * q2c3 = 495,04 * 1277,8 = 632562,112 KJ/Kg


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

mc * ia = 2764,8 * ia = m1 * ia1 + m2 * ia2 + m3 * ia3 = 328,35 * 1583,33 + 1583,07 * 1588,88 + 772,42 * 1588,88
ia = 1541,69 KJ/Kg

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

Nt = mc * wt = 2764,38 * 241,64 / 3600 = 185,55KW
ε = Q1 TOT / wt = Q1 C1 + Q1 C2 + Q1 C3 / wt = 3003209,471 / (185,55 * 3600) = 4,49


TABLA RESUMEN:

Refrigerante Refrigerante
404-A R-717 R-717
Evaporador Simple (1) (2) mayor η económico Evaporador Múltiple (3)

• Evaporador Simple:

404-A R-717
Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3 Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3
q1 KJ/Jg 114,57 116,7724 116,7724 1113,3 1112,314 1112,314
m Kg/h 6482,346 14754,8249 4588,4549 667,1 1548,1439 484,13
Q1 KJ/h 742682,433 1722022,14 538504,898 742682,433 1722022,14 538504,898
q2 KJ/Kg 142,04 144,31 144,31 1337,78 1304,45 1304,45
Q2 KJ/h 920752,4258 2128114,301 662159,926 982433,0416 2019476,323 631523,75
mv m3/h 272,258 589,8729 183,538 28,018 61,925 19,365
q1v KJ/m3 2727,8 2919,31 2919,31 26508 27807,85 27807,85
wt KJ/Kg 24,773 24,765 24,765 215,56 184,89 184,89
44,6 101,44 31,56 39,94 79,51 24,86
Wt KW
177,6 144,31
ε 4,6248 4,715 4,715 5,1648 6,016 6,016
εc 6,2093 6,75 6,75 6,2093 6,75 6,75
ηeconómico % 74,48 69,86 69,86 83,18 89,13 89,13


•Evaporador Múltiple:

R-717
q1 KJ/Kg 1082,22 1087,77 1087,77
Q1 KJ/h 742682,433 1722022,14 538504,898
m Kg/h 328,35 1583,07 772,42
mc Kg/h mc1 + mc2 + mc3 = 2764,38
q2 KJ/Kg 1277,8 1277,8 1277,8
Q2 KJ/h 876915,8 2022846,846 632562,112
wt KJ/Kg 241,64
Nt KW 185,55
ε 4,49

ELECCIÓN DE EQUIPOS

Fluido refrigerante : R-404 Evaporadores Compresores Condensadores

EVAPORADORES

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


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


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


COMPRESORES

CÁMARA 1 Wt = 44,6 KW 1 compresor


CÁMARA 2 1 compresor
Wt = 101,44 KW


CÁMARA 3
Wt = 31,56 KW 1 compresor


CONDENSADORES

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


CÁMARA 2
Tipo Helicoidal: Q2 = 2022846,846 KJ/h = 561901,9 W Tipo Helicoidal compacto: Q2 = 2022846,846 KJ/h = 561901,9 W 
561901,9/12 = 46825,16 W

1 condensador 12 condensadores


CÁMARA 3
Tipo Helicoidal Q2 = 2022846,846 KJ/h = 561901,9 W Tipo Helicoidal Compacto Q2 = 632562,112 KJ/h =

175711,7 W  175711,7/4 = 43928 W

1 condensador 4 condensadores


Condensadores Helicoilades: Condensadores Helicoilades Compactos:


TABLA RESÚMEN DE APARATOS:

EVAPORADOR COMPRESOR CONDENSADOR
Frimetal nº Bitzer nº Frimetal nº
Cámara 1 Plafón PIM/240 8 ESH743Y-40S 1 Helicoidal VCN/231 1
Plafón TIM/4700 8 ESH743Y-40S 1 Helicoidal CBN/566 1
Cámara 2 Helicoidal Compacto 1
CPN/418 2
Plafón PIM/1700 8 ESH736Y-40S 1 Helicoidal CBN/181 1
Cámara3 Helicoidal Compacto 4
CPN/418

BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA

López Vázquez, R. y Casp Vanaclocha, A. ; Tecnología de Mataderos"; 2004; Ediciones Mundi-Prensa.
Ainia Centro Tecnológico; "Guía de MTDs en España del sector cárnico"; 2005; Departamento de Calidad y Medio Ambiente.
Rapin, P.J.; "Instalaciones Frigoríficas"; 1997; Marcombo.
López Gómez, Antonio; "Las instalaciones frigoríficas en las industrias agroalimentarias: manual de diseño"; 1994; AMV-Ediciones.
Gracey, J.F.;" Mataderos industriales: tecnología y funcionamiento" ; 2001; Acribia.
Quiroga Tapias, G.; "Manual para la instalación del pequeño matadero modular de la FAO"; 1994; Organización de las Naciones
Unidas para la Agricultura y la Alimentación.

PÁGINAS WEB

http://www.navesysolares.com
http://www.construnario.com/diccionario/index.asp?susc=23500
http://www.garciacamara.com/index-esp.html
http://www.salvadorescoda.com/tarifas/PuertasCamaras.pdf
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http://www.degesa.com/calidad.htm
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http://www.scielo.org.ve/img/fbpe/ic/v45n1/art08fig1.jpg
http://www.ffii.nova.es/puntoinfomcyt/legislacionsi.asp?idregl=36

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