Proyecto terminal de refrigeración IPN

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
PROYECTO TERMINAL DE REFRIGERACIÓN.

INDICE.
Pág.
INTRODUCCIÓN.--------------------------------------------------------------------------------------------8
1.1 BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN.------------------------------------------------10
1.2 TIPOS DE REFRIGERACIÓN.----------------------------------------------------------------------12
1.2.1 REFRIGERACIÓN DOMESTICA.------------------------------------------------------------------12
1.2.2 REFRIGERACIÓN COMERCIAL.------------------------------------------------------------------12
1.2.3 REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL.------------------------------------------------------------------13
1.2.4 REFRIGERACIÓN MARINA.------------------------------------------------------------------------13
1.2.5 AIRE ACONDICIONADO.---------------------------------------------------------------------------13
1.3 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.----------------------------------------------------------------14
1.3.1 ENFRIAMIENTO.-------------------------------------------------------------------------------------14
1.3.2 REFRIGERACIÓN.-----------------------------------------------------------------------------------15
1.3.3 CONGELAMIENTO.----------------------------------------------------------------------------------15
1.3.4 PROCESO CRIOGÉNICO.--------------------------------------------------------------------------16
1.4 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN MECÁNICO POR COMPRESIÓN DE VAPORES.17
1.4.1 CICLO BÁSICO DE LA REFRIGERACIÓN.------------------------------------------------------17
1.4.2 FUNCIONAMIENTO DEL CICLO BÁSICO DE LA REFRIGERACIÓN.--------------------18
1.4.3 DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPIA (DIAGRAMA DE MOLLIER).----------------------------20
1.4.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTO.-----------------------------------------------------23
1.4.5 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDIRECTO.--------------------------------------------------24
1.5 CONCEPTOS FUNDAMENTALES.----------------------------------------------------------------26
1.5.1. TERMODINÁMICA.----------------------------------------------------------------------------------26
1.5.2. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA.----------------------------------------------------------26
1.5.3. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA.----------------------------------------------------26
1.5.4. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.---------------------------------------------------27
1.5.5. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.-----------------------------------------------------27
1.5.6. ENERGÍA.---------------------------------------------------------------------------------------------27
1.5.7. FUERZA.-----------------------------------------------------------------------------------------------28
1.5.8. PRESIÓN.----------------------------------------------------------------------------------------------28

Pág.
1.5.9. PRESIÓN ATMOSFÉRICA.-------------------------------------------------------------------------28
1.5.10. PRESIÓN MANOMÉTRICA.----------------------------------------------------------------------29
1.5.11. PRESIÓN ABSOLUTA.-----------------------------------------------------------------------------29
1.5.12. ESTADOS DE LA MATERIA.---------------------------------------------------------------------30
1.5.13. CAMBIO DE FASE.---------------------------------------------------------------------------------31
1.5.14. PROCESO TERMODINÁMICO.----------------------------------------------------------------- 31
1.5.15. CICLO TERMODINÁMICO.----------------------------------------------------------------------31
1.5.16. CALOR.-----------------------------------------------------------------------------------------------32
1.5.17. UNIDAD TÉRMICA BRITÁNICA (BTU).-------------------------------------------------------32
1.5.18. CÀLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR.---------------------------------------------------32
1.5.19. DIRECCIÓN Y RAZÓN TRANSFERENCIA DE CALOR.-------------------------------------33
1.5.20. MÉTODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.-----------------------------------------------33
1.5.21. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN.---------------------------------------33
1.5.22. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÒN.----------------------------------------34
1.5.23. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN.-------------------------------------------35
1.5.24. ENTROPÌA.------------------------------------------------------------------------------------------35
1.5.25. ENTALPÌA.-------------------------------------------------------------------------------------------36
1.5.26. CALOR ESPECÍFICO.-----------------------------------------------------------------------------36
1.5.27. CALOR SENSIBLE. --------------------------------------------------------------------------------37
1.5.28. CALOR LATENTE. ---------------------------------------------------------------------------------37
1.5.29. CALOR TOTAL. ------------------------------------------------------------------------------------37
1.5.30. CALOR LATENTE DE FUSIÓN. -----------------------------------------------------------------37
1.5.31. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN. ------------------------------------------------------38
1.5.32. CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN. --------------------------------------------------------38
1.5.33. VOLUMEN. -----------------------------------------------------------------------------------------38
1.5.34. VOLUMEN ESPECÍFICO. ------------------------------------------------------------------------38
1.5.35. TEMPERATURA. -----------------------------------------------------------------------------------38
1.5.36. TEMPERATURA ABSOLUTA. -------------------------------------------------------------------39
1.5.37. TEMPERATURA DE SATURACIÓN. -----------------------------------------------------------39
1.5.38. PUNTO DE EBULLICIÓN. -----------------------------------------------------------------------39
1.5.39. SOBRECALENTAMIENTO. ----------------------------------------------------------------------40
1.5.40. SUB ENFRIAMIENTO. ----------------------------------------------------------------------------40
1.5.41. VAPOR SOBRECALENTADO. -------------------------------------------------------------------40
1.5.42. LIQUIDOS SUBENFRIADOS. -------------------------------------------------------------------40
1.5.43. TONELADA AMERICANA DE REFRIGERACIÓN. ------------------------------------------40
1.5.44. REFRIGERANTE. ----------------------------------------------------------------------------------41
1.5.45. REFRIGERACIÓN. --------------------------------------------------------------------------------41
2.1 ANÁLISIS DEL PROBLEMA. ----------------------------------------------------------------------42
2.2 CONDICIONES DE DISEÑO. ----------------------------------------------------------------------42

Pág.
2.3 LOCALIZACIÓN DEL LUGAR. --------------------------------------------------------------------42
2.4 CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO.----------------------------------------------------------42
2.5 PRODUCTOS A CONSERVAR. ---------------------------------------------------------------------43
2.6 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO. -----------------------------------------------------------43
2.7 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y CONSERVACIÓN. --------------------------44
2.8 PLANOS DE LA CÀMARA. --------------------------------------------------------------------------45
2.9 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. ------------------------------------------------------------47
2.10 BALANCE TÉRMICO. ------------------------------------------------------------------------------51
2.10.1 DEFINICIÓN DE BALANCE TÉRMICO. -------------------------------------------------------51
2.10.2 CARGA TÉRMICA GENERADA POR PRODUCTO. -----------------------------------------51
2.10.3 CALOR SENSIBLE. ---------------------------------------------------------------------------------52
2.10.4 CALOR LATENTE. ----------------------------------------------------------------------------------52
2.10.5 CARGA TÉRMICA GENERADA POR TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE PAREDES.-------53
2.10.6 CONDUCTANCIA DE LA CAPA SUPERFICIAL DEL AIRE (PELÍCULA DE AIRE).---55
2.10.7 CÀLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR QUE SE TRANSMITE A TRAVÉS DE UNA
PARED COMPUESTAS POR VARIOS MATERIALES.------------------------------------------------56
2.10.8 COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA TOTAL.---------------------------------57
2.10.9 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR ALUMBRADO Y EQUIPO.--57
2.10.10 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR INFILTRACIÓN.-------------58
2.10.11 MÉTODO POR APERTURAS DE PUERTAS (PARA REFRIGERACIÓN).---------------59
2.10.12 MÉTODO POR INFILTRACIÓN (PARA AIRE ACONDICIONADO).--------------------59
2.10.13 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR OCUPANTES.----------------60
2.10.14 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR EL EFECTO SOLAR.--------61
2.10.15 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA TOTAL----.--------------------------------62
2.11BALANCE TÉRMICO (MEMORIA DE CÁLCULO).------------------------------------------63
2.11.1 GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE PAREDES. ------------------------------------------63
A) GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE LAS PAREDES Ò MUROS.-------------------63
B) GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DEL PISO.--------------------------------------------65
C) GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DEL TECHO.----------------------------------------67
D) GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE LA PUERTA.------------------------------------68
E) GANANCIA DE CALOR TOTAL A TRAVÉS DE PAREDES.-----------------------------69
2.11.2 GANANCIA DE CALOR POR PRODUCTO. ---------------------------------------------------70

Pág.
2.11.3 GANANCIA DE CALOR POR EL CONCEPTO DE INFILTRACIÓN.-----------------------73
2.11.4 GANANCIA DE CALOR POR ALUMBRADO Y EQUIPO.------------------------------------75
A) GANANCIA DE CALOR POR ALUMBRADO.-----------------------------------------------75
B) CALCULO DE CARGA POR MOTORES ELECTRICOS.----------------------------------76
2.11.5 GANANCIA DE CALOR POR PERSONAS.------------------------------------------------------76
2.11.6 GANANCIA DE CALOR POR EFECTO SOLAR.-----------------------------------------------76
2.11.7 CALCULO DE LA CARGA TOTAL DEL SISTEMA.-------------------------------------------77
3.1 REFRIGERANTES.------------------------------------------------------------------------------------78
3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN ASHRAE. -------------------------------------------------------------78
3.3 PROPIEDADES DE ALGUNOS REFRIGERANTES DE UN CICLO CON
EVAPORACIÓN A –15ºC (5ºF) Y CONDENSACION A 30ºC (86ºF). ----------------------------81
3.4 EFECTO DE LOS DIFERENTES REFRIGERANTES EN LA DESTRUCCIÓN DE LA
CAPA DE OZONO. -----------------------------------------------------------------------------------------81
3.5 TABLA “A” POTENCIAL DE DESTRUCCIÓN DE OZONO (ODP) Y
CALENTAMIENTO GLOBAL (GWP) DE ALGUNOS REFRIGERANTES CON
REFERENCIA A CFC-11. --------------------------------------------------------------------------------82
3.6 PROPIEDADES SEGURAS. -------------------------------------------------------------------------82
3.7 APLICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES. -----------------------------------------------------83
3.7.1 Aire. -----------------------------------------------------------------------------------------------------83
3.7.2 Amoniaco.----------------------------------------------------------------------------------------------83
3.7.3 Anhídrido carbónico. ---------------------------------------------------------------------------------83
3.7.4 Refrigerante 11. ---------------------------------------------------------------------------------------83
3.7.5 Refrigerante 12. ---------------------------------------------------------------------------------------83
3.7.6 Refrigerante 22. ---------------------------------------------------------------------------------------83
3.8 COMPARACIÓN DE LOS REFRIGERANTES. ------------------------------------------------84
3.9 INFLAMABILIDAD Y TOXICIDAD. --------------------------------------------------------------84
3.10 SELECCIÓN DE REFRIGERANTE. -------------------------------------------------------------85

Pág.
3.11 DAÑO A LOS PRODUTOS REFRIGERADOS. ------------------------------------------------87
3.12 REACCIÓN CON LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. -----------------------------87
3.13 VIDA ÚTIL DE LOS TUBOS PARA UNA CIERTA CAPACIDAD DE
REFRIGERACIÓN. ----------------------------------------------------------------------------------------87
13.14 APLICACIONES ACTUALES, VENTAJAS, USOS Y POR QUE DEL AMONIACO. -88
3.15 COSTO DE REFRIGERANTE. --------------------------------------------------------------------89
3.16 SELECCIÓN FINAL DEL REFRIGERANTE A UTILIZAR.-------------------------------90
3.17 ESTABLECIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO DEL SISTEMA.------90
3.17.1 TEMPERATURA DE SUCCIÓN DEL COMPRESOR.-----------------------------------------91
3.17.2 TEMPERATURA DE SUCCIÓN DEL COMPRESOR.-----------------------------------------91
3.17.3 DIAGRAMA DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN.---------------------------------------------93
3.18 PARÁMETROS QUE SIRVEN PARA UN CICLO DE REFRIGERACIÓN
INDIRECTO.------------------------------------------------------------------------------------------------ 94
3.19 SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN (UNIDAD
CONDENSADORA Y EVAPORADOR O DIFUSOR.) ----------------------------------------------98
3.19.1 SELECCIÓN DE LA UNIDAD CONDENSADORA. ------------------------------------------99
3.19.2 SELECCIÓN DE LA UNIDAD EVAPORADORA O DIFUSOR----------------------------100
3.19.3 VISTA GENERAL DE LA CAMARA.------------------------------------------------------------101
4.1 MANTENIMIENTO. ---------------------------------------------------------------------------------103
4.1.1 OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO. ----------------------------------------------------------103
4.1.2 TIPOS DE MANTENIMIENTO. -------------------------------------------------------------------103
4.1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS FALLAS--------------------------------------------------------------105
4.2 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO A LAS UNIDADES DEL SISTEMA. ------------105
4.2.1 EVAPORADORES. ----------------------------------------------------------------------------------105
4.2.2 UNIDADES CONDENSADORAS/EVAPORADORES. ----------------------------------------105
4.2.3 POSIBLES FALLAS DEL EVAPORADOR Y SU SOLUCIÓN. -------------------------------106

Pág.
4.2.4 POSIBLES FALLAS EL SISTEMA Y SU SOLUCIÓN. -----------------------------------------108
CONCLUSIÒN.--------------------------------------------------------------------------------------------113
ANEXOS-----------------------------------------------------------------------------------------------------114
TABLA ANEXO 1 DATOS DE DISEÑO PARA ALMACENAJE DE ALIMENTOS------115
TABLA 1.1 DATOS DE DISEÑO PARA ALMACENAJE DE FRUTAS.--------------------------115
TABLA 1.2 DATOS DE DISEÑO PARA ALMACENAJE DE VEGETALES.----------------------118
TABLA 1.3 DATOS DE DISEÑO PARA ALMACENAJE DE CARNES.--------------------------122
TABLA 1.4 DATOS DE DISEÑO PARA VARIOS TIPOS DE ALIMENTOS.---------------------125
TABLA .2 COEFICIENTES DE TRANSMISION DE CALOR.--------------------------------128
TABLA 3 CALOR DISIPADO POR MOTORES ELECTRICOS--------------------------------130
TABLA 4 CAMBIOS DE AIRE CADA 24 HORAS EN CUARTOS FRIOS DEBIDOS A LA
APERTURA DE PUERTAS E INFILTRACIONES.------------------------------------------------130
TABLA 5 CALOR DISIPADO POR PERSONAS DENTRO DEL ESPACIO
REFRIGERADO.------------------------------------------------------------------------------------------130
TABLA 6 CANTIDAD DE CALOR DESPRENDIDO POR PERSONAS EN (BTU / HORA).-
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------131
TABLA 7 CORRECCIÓN DE TEMPERATURA POR EFECTO SOLAR.--------------------131
TABLA 8 AUMENTOS DE TEPERATURA SOBRE LASCONDICIONES EXTERIOR
RECOMENDABLES PARA EL CÁLCULO DEL EFECTO SOLAR.---------------------------132
TABLA 9 VELOCIDADES DEL VIENTO SEGÚN LA ESCALA DE BEAUFORT.-------132
TABLA 10 DATOS TECNICOS DEL POLIURETANO.------------------------------------------133
TABLA 11 TEMPERATURAS EXTERIORES DE DISEÑO EN VERANO------------------134
TABLA 12 CARACTERÍSTICAS DE LOS PRODUCTOS A ALMACENAR------------------137
CARTA PSICROMÈTRICA DE MEDIANA TEMPERATURA.----------------------------------138
CARTA PSICROMÈTRICA DE BAJA TEMPERATURA.-----------------------------------------139
CATALOGO DE EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN.----------------------------------------------140
EVAPORADORES PARA CÀMARAS FRIGORIFICAS.------------------------------------------141
EVAPORADORES DE BAJO PERFIL.------------------------------------------------------------------143
DATOS DIMENSIONALES.-------------------------------------------------------------------------------152
UNIDADES CONDENSADORAS ENFRIADAS POR AIRE HERMETICAS Y SCROLL.------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------155
UNIDADES CONDENSADORAS ENFRIADAS POR AIRE DE USO INTERIOR.----------------157
BIBLIOGRAFIA.------------------------------------------------------------------------------------------162

INTRODUCCIÓN.
Este proyecto constituye fundamentalmente la metodología y la memoria de cálculo
sobre el diseño de un frigorífico. Basándonos desde los principios básicos de la refrigeración
hasta la aplicación de nuevas técnicas en el diseño de estos espacios.
La aplicación de la refrigeración es muy extensa, sin embargo realizar un proyecto en su
campo es adentrarse en un mundo muy completo.
El diseño de este espacio frió comprende parte del mundo de la refrigeración, El área
comercial a la cual fue dirigido este proyecto nos centra al campo de la conservación de
productos básicos para el ser humano, que normalmente nos referimos a los productos
alimenticios. Es por ello que en este trabajo se procederá al diseño de una cámara de
conservación para productos perecederos.
El proyecto fue estructurado para que cada persona que lo consulte, pueda ubicar de
manera rápida y sencilla la información deseada. Para ello se utilizo un lenguaje sencillo y
cotidiano para facilitar la comprensión de las definiciones y explicaciones contenidas.
Capitulo 1: En el primer capitulo llevamos acabo un marco teórico así como una
introducción a los términos que encierra el área de la refrigeración. Términos que nos ayudarán ir
comprendiendo el análisis que se lleva acabo.´
Capitulo2: En este capitulo nos adentramos al desarrollo del proyecto marcando la
problemática a resolver y a desarrollar el balance térmico, sin antes aclarar como se lleva acabo
este. Con el objetivo de cuantificar la carga térmica a eliminar.
Capitulo 3: Este capitulo es aun mas profundo, ya que nos orientamos a la selección del
refrigerante así como el calculo de los parámetros necesarios en un sistema de refrigeración que
nos ayudaran a seleccionar los equipos necesarios para el sistema.
Capitulo 4: En este capitulo final llevamos a cabo la explicación de un programa de
mantenimiento según el fabricante.
Todo el temario desarrollado en este trabajo, ha sido concebido también para ayudar a los
nuestros compañeros estudiantes que deseen desarrollar un proyecto de refrigeración a corregir
los errores conceptuales, de procedimientos y de manejo, que inciden el desarrollo de diseñar un
espacio frió, logrando de esta forma, que los estudiante futuros tengan una guía básica al estudiar
esta área.

1.1 BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN.
La historia de la refrigeración es tan antigua como la civilización misma. Se pueden
distinguir dos períodos:
1. Refrigeración natural. Relacionada totalmente con el uso del hielo.
2. Refrigeración artificial. Mediante el uso de máquinas.
Refrigeración natural.
Hacia el año 1.000 A.C, los chinos aprendieron que el uso del hielo mejoraba el sabor de
las bebidas. Cortaron hielo en invierno y lo empacaban con paja y aserrín y lo vendían durante el
verano.
Por la misma época, los egipcios utilizaron recipientes porosos colocándolos sobre los
techos para enfriar el agua, valiéndose del proceso de enfriamiento que generaba la brisa
nocturna.
Durante el imperio Romano, estos hacían bajar nieve y hielo de las montañas por cientos
de kilómetros, colocándolos en pozos revestidos de paja y ramas y los cubrían con madera.
Durante la edad media los pueblos aprendieron a enfriar las bebidas y alimentos,
observando que durante el invierno los alimentos se conservaban mejor.
En 1626, Francis Bacon trató de preservar un pollo llenándolo con nieve.
En 1683, Antón Van Leeuwenhoek inventó un microscopio y descubrió que un cristal de
agua claro contenía millones de organismos vivos (microbios).
Refrigeración artificial.
En 1834, Jacob Perkins solicitó una de las primeras patentes para uso de una máquina
práctica de fabricación de hielo.
En 1880, Carl Linde inició el progreso rápido de construcción de maquinaria de
refrigeración en base a la evaporación del amoniaco.
También en 1880 Michael Faraday descubre las leyes de la inducción magnética que
fueron la base en el desarrollo del motor eléctrico.
En 1930, químicos de Dupont desarrollaron los refrigerantes halogenados.
Desde entonces se creyó haber encontrado en los refrigerantes halogenados, la panacea en la
refrigeración; por su seguridad, no toxicidad, no inflamabilidad, bajo costo y fácil manejo, entre
otras ventajas.
No fue sino hasta los años 80 cuando los científicos advirtieron sobre los efectos dañinos
de algunos productos químicos sobre la capa de ozono en la Antártida, preocupación que condujo
a la investigación y selección de las sustancias potencialmente activas que podrían estarlos
generando. Desde entonces, los refrigerantes halogenados principalmente (aunque no son los
únicos), quedaron señalados como los causantes de tales efectos.

Actualmente se investiga un sin número de procesos de refrigeración tanto en el campo
mecánico como en el eléctrico, magnético y otros, según las aplicaciones y exigencias de
temperaturas a procesar.
Fig.1.1 Dispositivos de refrigeración en la antigüedad.
Se aprecian algunos de los primeros dispositivos usados en el proceso de refrigeración, su
función principal era la de condensación y destilación de líquidos que con el paso del tiempo
fueron mejorados en su forma, función y material con el que están hechos.

1.2 TIPOS DE REFRIGERACIÓN.
En la actualidad existen 5 tipos de aplicación de la refrigeración, los cuales son:
1. Domestica.
2. Comercial.
3. Industrial.
4. Aire Acondicionado.
5. Marina.
1.2.1 REFRIGERACIÓN DOMESTICA.
El campo de la refrigeración domestica esta limitado principalmente a refrigeradores y
congeladores caseros.
Las unidades domesticas generalmente son de tamaño pequeño teniéndose capacidades de
potencia que fluctúan entre 20
1 y ½ HP.
Fig.1.2 Refrigeración domestica. Fig.1.3 Refrigerador domestico.
1.2.2 REFRIGERACIÓN COMERCIAL.
La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades
de refrigeración del tipo que se tiene en establecimientos comerciales para su venta al menudeo,
restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición, procesamiento
y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todo tipo.
Fig.1.4 Refrigeradores comerciales.

1.2.3 REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL.
La refrigeración industrial a menudo es confundida con la refrigeración comercial porque
la división entre estas dos áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones
industriales son más grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales y la característica que
las distingue es que se requiere un empleado para su servicio, que por lo general es un ingeniero.
Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas
empacadoras de alimentos, cervecerías, lecherías y plantas industriales, tales como refinerías de
petróleo, plantas químicas, plantas huleras, etc.
Fig.1.5 Sistema de refrigeración industrial. Fig.1.6 Estructura de una cámara frigorífica
Industrial.
1.2.4 REFRIGERACIÓN MARINA.
La refrigeración marina se refiere a la realización a bordo de embarcaciones de transporte
y cargamento sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco.
1.2.5 AIRE ACONDICIONADO.
El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones
físicas y químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas
para su comodidad o bien para realizar procesos industriales. Los sistemas de refrigeración son
parte fundamental en los proyectos de acondicionar espacios con aire frió.
Fig.1.7 Equipos de aire acondicionado.

1.3 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.
Se entiende por sistemas de refrigeración los sistemas destinados a disminuir el calor de
un fluido, producto o espacio, por intercambio calorífico con un refrigerante para reducir su
temperatura y lograr así su conservación.
La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un
producto hasta llegar a un proceso.
Debido a la gran variedad de productos que hay hoy en día es de suma importancia su
conservación para usos posteriores, es por ello que existen varios sistemas de refrigeración que
son específicos para la conservación ya que obedecen ciertos parámetros aptos para productos
específicos. Estos sistemas se dividen en 4 principales tipos:
Enfriamiento.
Refrigeración.
Congelamiento.
Proceso criogénico.
1.3.1 ENFRIAMIENTO.
Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde +
15°C a + 2°C (59°F a 35.6°F). Aun cuando en algunos casos existe una disminución de
temperatura hasta los 0°C (32°F), en este proceso nunca se presenta un cambio de estado en la
sustancia que se maneja y solamente se elimina calor sensible.
Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que requieren conservación y la
temperatura en que se encuentran son solo para efectos de gusto.
Como ejemplo tenemos:
• Enfriadores de bebidas carbonatadas.
• Enfriadores de productos lácteos.
• Sistemas de acondicionamiento de aire.
Fig.1.8 Sistema convencional de enfriamiento Fig.1.9 Equipo de aire acondicionado.
Sistema TWIN COOLING.

1.3.2 REFRIGERACIÓN.
Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente superiores de
los 0°C a -18°C (32°F a -0.4°F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y
lógicamente eliminación de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de
productos llevando a cabo los procedimientos adecuados, se pueden mantener estos productos de
2 semanas hasta un mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domesticas,
comerciales y de investigación.
Fig.1.10 Refrigeración domestica, comercial y de investigación.
1.3.3 CONGELAMIENTO.
Este proceso opera entre - 18°C y - 40 °C (-0.4°F y - 40°F) y en este proceso también
existe cambio de estado en la sustancia y también se elimina calor latente. No obstante en algunos
casos solamente se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en
la transportación.
Su principal utilidad esta en el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de
conservación va desde un mes hasta un año dependiendo del producto y que procedimientos se
empleen.
Fig.1.11 Túnel de congelación de pescado por CO 2 .

1.3.4 PROCESO CRIOGÉNICO.
Es un proceso que opera desde - 40°C (- 40°F) a valores cercanos al cero absoluto. Esto
implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta se encuentra en forma liquida o contiene
agua.
Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también
desarrollándose en áreas comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos
alimenticios en sus características o condición muy crítica.
Fig.1.12 Cámara de proceso criogénico. Fig.1.13 Diagrama de un proceso criogénico.

1.4 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN MECÁNICO POR COMPRESIÓN DE VAPORES.
Los sistemas de refrigeración mecánico por compresión de vapores consisten básicamente
de los equipos indispensables para obtener un ciclo termodinámico cerrado.
Inicialmente y de forma muy esquemática los elementos principales intervienen en un
ciclo de refrigeración por compresión de vapor son los que se representan en la figura siguiente:
Fig.1.14 A evaporador, B compresor, C condensador y D dispositivo de expansión.
Ciclo de refrigeración por compresión de vapor.
1.4.1 CICLO BÁSICO DE LA REFRIGERACIÓN.
Por el estudio de las propiedades termodinámicas de las sustancias se facilitó el desarrollo
de la refrigeración, pues se descubrió que en algunas de estas, su punto de ebullición a presión
normal es inferior a 0 °C (32 °F). Aprovechando esta propiedad se obtiene el primer sistema de
refrigeración por compresión de gas refrigerante.
El sistema de refrigeración consiste básicamente en cuatro equipos indispensable para
obtener un ciclo cerrado.
1.- Compresor.
2.- Condensador.
3.- Válvulas de expansión.
4.- Evaporador.

1.4.2 FUNCIONAMIENTO DEL CICLO BÁSICO DE LA REFRIGERACIÓN.
Ganancia de calor Disipación del calor
Fig.1.15 Diagrama del ciclo básico de refrigeración.
El refrigerante es el medio de transporte para extraer la energía en forma de calor desde el
evaporador, y en el condensador donde será desechado el calor hacia el medio de condensación.
Un cambio de estado de líquido a vapor y viceversa permite al refrigerante absorber y
descargar grandes cantidades de calor en forma repetitiva, respectivamente.
Existen dos presiones en el sistema mecánico de refrigeración, que son la presión de
evaporación (baja presión de sistema) y la presión de condensación (alta presión del sistema).
El refrigerante líquido es alimentado a la válvula de expansión a alta presión, en el cual
lleva acabo un proceso isotérmico (antes pasa por un recibidor de líquido y un filtro deshidratador
los cuales no son equipos básicos). Esta válvula separa los lados de alta y baja presión.
La válvula termostática de expansión mediante un proceso isotérmico provoca una caída
de presión (reducción de presión) por medio de un pequeño orificio, esto provoca a su vez que el
refrigerante, que antes se encontraba en estado líquido reduzca su temperatura (correspondiente a
la nueva presión).
El refrigerante en estas condiciones entra al evaporador donde debido a su nueva
temperatura que es baja, va absorbiendo calor y llega a su estado de vapor saturado, el cual
desarrolla un proceso isobarico. El calor fluye a través de las tuberías del evaporador hacia el
refrigerante, esta absorción del calor por el refrigerante continúa hasta que al salir del evaporador
donde tiene una característica de vapor por cierto grado de sobrecalentamiento.
Refrigerante liquido de baja
presión y baja temperatura.
Refrigerante gaseoso de alta
presión y alta temperatura
ala salida del compresor
Refrigerante liquido de alta
presión y baja temperatura.
Compresor
E
v
a
p
o
r
a
d
o
r
C
o
n
d
e
n
s
a
d
o
r
Elemento
restrictivo.
Refrigerante en forma de gas
por la ganancia de calor del
producto

Válvula
de
Expansión Compresor
Condensador
Una vez que se ha absorbido calor en el evaporador, el vapor refrigerante viaja a través de
la línea de succión hacia la entrada del compresor. El compresor mediante un proceso
Isoentrópico toma el vapor a baja presión y la comprime aumentando tanto su presión como su
temperatura hasta superar la del medio de condensación, esto con el fin de que haya transferencia
de calor de él vapor comprimido hacia el medio de condensación. El vapor caliente y de alta
presión es bombeado fuera del compresor a través de la válvula de descarga hacia el
condensador.
El condensador es un intercambiador de calor en el cual se enfría el vapor que viene del
compresor (proceso Isoentropico). Conforme la temperatura del vapor refrigerante alcanza la
temperatura de saturación correspondiente a la alta presión del condensador, el vapor se condensa
(se vuelve líquido) y fluye al recibidor, de donde se alimentará a la válvula de expansión para
comenzar nuevamente el ciclo.
P
4 Tc 3
Pc
Pe Te
1 2
H
Fig.1.16 Ciclo termodinámico básico de refrigeración.
Fig.1.17 Equipo demostrativo del ciclo básico de refrigeración.
Pc =Presión de condensación.
Pe= Presión de evaporación.
Tc= Temperatura de condensación.
Te= Temperatura de evaporación.
1-2 proceso de evaporación isobarico.
2-3 Proceso de compresión isoentropico.
3-4 proceso de condensación isobarico.
4-1 proceso de expansión isotérmico.

1.4.3 DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPIA (DIAGRAMA DE MOLLIER).
Estos diagramas sirven como herramienta valiosa para analizar y comprender el
funcionamiento de un sistema de refrigeración.
El diagrama de Mollier se debe de utilizar para graficar los ciclos de refrigeración, además
nos sirven para detectar problemas prácticos en la operación de un sistema.
El diagrama representa al refrigerante. En una representación grafica de los datos
contenidos en las tablas termodinámicas. El diagrama muestra los tres estados físicos diferentes:
líquido, líquido-vapor y vapor; así como se muestra en la figura 1.18. Las líneas de frontera
convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual presenta la
condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores que la crítica
el refrigerante puede existir solamente en forma gaseosa.
La condición del refrigerante en cualquier estado termodinámico puede quedar
representada por un punto en el diagrama de Mollier (P-h.) El punto sobre el diagrama (P-h) que
representa a la condición del refrigerante para cualquier estado termodinámico en particular
puede ser trazado si se conocen dos propiedades cualesquiera del estado del refrigerante. Una vez
localizado el punto sobre el diagrama podrán obtenerse de la grafica todas las demás propiedades
del refrigerante para dicho estado.
Tal como se muestra en la figura 1.18, la grafica esta dividida en tres áreas separadas una
de otra por la línea de liquido saturado y vapor saturado. El área sobre la grafica que esta en la
parte izquierda de la línea de líquido saturado, se le llama región sub-enfriada para cualquier
punto en la región sub-enfriada, el refrigerante esta en la fase liquida y su temperatura es menor a
la temperatura de saturación correspondiente a su presión. El área que esta a la derecha de la línea
de vapor saturado es la región de sobrecalentamiento y el refrigerante esta en la forma de vapor
sobrecalentado. La sección del diagrama comprendida entre las líneas de líquido saturado y vapor
saturado es la región de mezclas y representa el cambio de fase del refrigerante entre las fases
liquida y de vapor. La separación entre dos puntos a lo largo de cualquier línea a presión
constante, proporcionara lecturas en la escala de entalpía colocada en la parte inferior del
diagrama para obtener el calor latente de vaporización del refrigerante a dicha presión. Las líneas
de liquido saturado y vapor saturado no son con exactitud paralelas entre si por lo que el calor
latente de vaporización del refrigerante varia con la presión a la cual ocurre el cambio de fase.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
En la Fig. 1.18. Se presenta el diagrama Presión-Entalpía del refrigerante R-12.
Fig.1.18 Diagrama presión-entalpía para el refrigerante R-12.
Entalpía en ( )
.
/lb
Btu

Fig.1.19 Esquema P-h mostrando las 3 regiones de la grafica y los cambios de dirección de fase.
Fig.1.20 Esquema del diagrama P-h mostrando trayectorias de presión constante, temperatura
constante, volumen constante, entalpía constante y entropía constante.
Región subenfriada
(El refrigerante esta en
forma de liquido
subenfriado)
Región de
sobrecalentamiento
(El refrigerante esta en forma
de vapor sobrecalentado)
Liquido a vapor
Vapor a líquido
Región de cambio de fase
(El refrigerante es una mezcla de
vapor líquido.)
Punto critico
Presión Cte.
Curva de vapor saturado
Temperatura Cte.
Entalpía
Cte.
Temperatura
Cte.
Entropía
Cte.
Volumen
Cte.
Curva de liq. Saturado

Con ayuda de los diagramas anteriores podemos indicar las 5 propiedades de un
refrigerante las cuales son:
1.- PRESIÓN. Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama.
La escala de presión no esta graduada en intervalos constantes sino que sigue una escala
logarítmica, lo cual permite un amplio rango de cobertura en un diagrama de tamaño razonable.
2.- ENTALPÍA. Las líneas de entalpía constante con verticales. En un proceso de flujo constante,
tal como sucede en un flujo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica
por cada libra de refrigerante.
3.- TEMPERATURA. Por lo general las líneas de temperatura constante corren en dirección
vertical en las zonas de vapor sobrecalentado y de líquido sub-enfriado. En la zona de mezcla
siguen una dirección horizontal entre las líneas de saturación. El diagrama, normalmente
simplificado incluye líneas de temperatura solamente en la zona de sobrecalentamiento. En la
zona mixta se muestra los puntos de intersección con las líneas de saturación.
4.- VOLUMEN ESPECÍFICO. La línea de volumen específico se extiende desde la línea de
vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un pequeño ángulo con la
horizontal.
5.- ENTROPÌA. Las líneas de entropía constante se extienden desde la línea de vapor saturado
hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con las líneas de volumen
específico. Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento por que es donde
ordinariamente se requieren los datos de entropía, la cual esta relacionada con la disponibilidad
de energía.
El ciclo completo de refrigeración representa la historia de una libra de refrigerante
fluyendo una vez a través del sistema.
Conociendo simplemente las temperaturas de condensación y de evaporación podemos
representar en el diagrama de Mollier el ciclo de refrigeración completo. En el propio diagrama
se puede leer los valores para cada una de las propiedades del refrigerante en forma directa. Los
cambios de esos valores o magnitudes pueden seguirse a través de cada proceso.
1.4.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTO.
Cualquier superficie de transferencia de calor dentro de la cual un líquido volátil
(refrigerante) es expandido y evaporado a fin de producir un efecto de enfriamiento se le llama
evaporador de expansión directa y al líquido así evaporado es conocido como refrigerante de
expansión directa. Un sistema de refrigeración de expansión directa es aquel en el cual el
evaporador del sistema emplea un refrigerante de expansión directa, y este se encuentra en
contacto directo con el espacio o con el material que esta siendo refrigerado, o esta localizado en
ductos de aire que dan servicio a dichos espacios.

Por lo tanto se pueden decir que un sistema de refrigeración directo posee las siguientes
características:
El evaporador va colocado precisamente dentro del espacio a enfriar.
La refrigeración útil se lleva acabo en el evaporador.
El sistema opera con un solo refrigerante.
Posee dos transmisores de calor (evaporador y condensador).
Fig.1.21 Diagrama de un ciclo de refrigeración directo.
1.4.5 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDIRECTO.
Con frecuencia resulta inconveniente o antieconómico circular un refrigerante en
expansión directa al área o áreas donde se requiere enfriamiento. Para tales casos se emplea un
sistema de refrigeración indirecto que es una modificación al sistema de refrigeración directo.
El agua o salmuera (o algún otro líquido apropiado) es enfriado por un refrigerante de
expansión directa en un enfriador de líquido y después es bombeado a través de tuberías
apropiadas hacia el espacio o producto por refrigerar.
Por lo tanto se puede decir que un sistema de refrigeración indirecto tiene las siguientes
características:
El evaporador va colocado dentro de un tanque perfectamente aislado térmicamente el
cual a su vez contiene una solución salina llamada salmuera que es la que circula por el
espacio o cuerpo a enfriar.
El sistema opera con dos refrigerantes, un refrigerante primario en cargado de enfriar al
refrigerante secundario y este último tiene como finalidad llevar a cabo la conservación
del producto, sustancia o espacio.
Funciona con 3 transmisores de calor, evaporador, condensador y un tercer transmisor
que puede ser el espacio.
Refrigeración útil
Del producto,
sustancia o espacio
Evaporador
Condensador
Baja presión Alta presión
Compresor
E. Restrictivo

Temperatura
requerida
Primaria
De la sustancia
Producto
o espacio.
Evaporador, donde tiene lugar la
Temp. Requerida secundaria.
A través de muchos años, varios ingenieros en base a su experiencia han propuesto
estándares de temperatura para cálculos en la práctica, estas temperaturas tienen los siguientes
rangos:
El refrigerante secundario debe tener una diferencia de temperatura ( T
∆ ) entre la entrada
y la salida de el transmisor de calor secundario, de 10ºF para sistemas de mediana
capacidad y de 15 ºF para sistemas de alta capacidad (ver figura 1.23).
La temperatura requerida primaria o temperatura de diseño del producto deberá estar entre
5 ºF y 6 ºF arriba de la temperatura de salida del refrigerante secundario en el transmisor
de calor secundario.
Fig.1.22 Diagrama de un ciclo de refrigeración indirecta que utiliza aire como refrigerante
secundario.
Fig.1.23 Diagrama de un ciclo de refrigeración indirecta que utiliza salmuera como refrigerante
secundario para la fabricación de hielo.
Condensador
V.E.
Z.A. P. Z. B. P.
Z. B. P. Z. A. P.
Compresor
Refrigerante primario
Refrigerante secundario
(Aire)
Difusor de expansión directa
(manejadora de aire + evaporador )
Aire frió
Aire caliente
Transmisor de calor
secundario
Refrigerante primario
Salmuera fría
Salmuera caliente
T
∆ Condensador
Compresor
V.E.
Salmuera como refrigerante secundario

1.5 CONCEPTOS FUNDAMENTALES.
1.5.1. TERMODINÁMICA.
Rama de la física que se encarga de estudiar todo lo relativo a las transformaciones de
energía, en sus formas de calor y trabajo, así como las relaciones entre las diferentes propiedades
físicas de las sustancias en las cuales se lleva a cabo dichas transformaciones. (Principalmente de
aquellas propiedades que están relacionadas funcionalmente con el calor y la temperatura).
Fig.1.24 Tipos de energía.
1.5.2. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA.
A este principio se le llama "equilibrio térmico". Si dos sistemas A y B están a la misma
temperatura, y B está a la misma temperatura que un tercer sistema C, entonces A y C están a la
misma temperatura.
1.5.3. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
La energía es entidad permanente en el universo físico, no se puede crear ni destruir, pero
se puede transformar de unas formas a otras, en cantidades equivalentes.
Este Principio establece la imposibilidad de la existencia del móvil perpetuo de primera
especie, es decir, ninguna máquina puede producir un trabajo sin el correspondiente consumo de
energía. Para que se cumpla este principio en todas las transformaciones, reales o ideales,
perfectas o imperfectas, tiene que existir un balance de energía entre el sistema y el medio
exterior.
∆
∆
∆
∆E medio exterior + ∆
∆
∆
∆E sistema = 0
Fig.1.25 Energía en el espacio.

1.5.4. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
Es imposible, mediante un proceso cíclico transformar completamente en trabajo, el calor
absorbido por un sistema.
Ningún proceso puede consistir únicamente en la transferencia de calor de un nivel de
temperatura dado a otro superior.
Una tercera definición del Segundo Principio es: Ninguna máquina puede operar en forma
tal que su único efecto (en el sistema y en los alrededores) sea la conversión completa del calor
absorbido por el sistema en trabajo.
1.5.5. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es
imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos
físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero
absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos
puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción
exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.
1.5.6. ENERGÍA.
La cantidad de energía que posee un cuerpo es siempre igual a la cantidad de trabajo que
el cuerpo puede hacer para pasar de una posición o condición a otra.
Es la sustancia o materia prima con que esta hecho el universo.
Fig.1.26 Conversión de los tipos de energía.

1.5.7. FUERZA.
Una fuerza (F) se define como un empujar o un jalar. Una fuerza tiende a poner a un
cuerpo en movimiento o de producirle reposo a un cuerpo que esta en movimiento o cambiar la
dirección del movimiento del cuerpo. También puede cambiar el tamaño o el perfil del mismo.
( )( )
a
m
F =
1.5.8. PRESIÓN.
Es la fuerza ejercida por unidad de área. Puede describirse como una medida de la
intensidad de una fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. Cuando una
fuerza esta distribuida uniformemente sobre un área, la presión será la misma sobre cualquier
punto de la superficie de contacto y podrá ser calculada dividiendo la fuerza total ejercida entre el
área total sobre la cual la fuerza esta aplicada.
A
F
P =
1.5.9. PRESIÓN ATMOSFÉRICA.
La tierra esta rodeada de una cubierta de aire atmosférico que se extiende hacia arriba de
la superficie de ella hasta una distancia de 50 millas o mas, debido a que este aire tiene masa y
esta sujeta a la acción de la gravedad, esta ejerce una presión que se conoce como presión
atmosférica.
La presión atmosférica no permanece constante sino que varia algo con la temperatura,
humedad y algunas otras condiciones. La presión atmosférica varía también con la altura,
disminuyendo su valor a medida que se incrementa esta.
Fig.1.27 Presión atmosférica.

1.5.10. PRESIÒN MANOMÉTRICA.
La presión manométrica es la presión que puede leerse en un manómetro.
Fig.1.28 Manómetros de tubo de Bourdon.
1.5.11. PRESIÓN ABSOLUTA.
Se entiende por presión absoluta a la presión total o verdadera. Es importante comprender
que los manómetros están calibrados para leer cero cuando la presión es igual a la atmosférica y
que ningún manómetro mide la presión total o verdadera que un fluido tiene en un depósito.
Cuando la presión del fluido es mayor que la atmosférica. La presión absoluta del fluido en el
depósito se determina agregándole la presión atmosférica a la presión manométrica y cuando la
presión del fluido es menor que la atmosférica se resta la presión manométrica de la presión
atmosférica.
Fig.1.29 Relación entre presión absoluta y manométrica, suponiendo presión barométrica estándar.

1.5.12. ESTADOS DE LA MATERIA.
Para cualquier cuerpo o agregado material considerado, modificando las condiciones de
temperatura, presión o volumen se pueden obtener distintos estados de agregación, denominados
estados de agregación de la materia, con características peculiares.
Fase sólida.
Un material en fase sólida tiene una cantidad relativamente pequeña de energía potencial
interna. Las moléculas del material están bastante ligadas entre sí por fuerzas de atracción y por
la fuerza de gravedad.
Un solidó conserva su tamaño y forma, no es comprensible y ofrece mucha resistencia a
cualquier efecto para producirle un cambio en su forma.
Fase líquida.
Las moléculas de un material en fase liquida tienen mas energía que las de un materiales
la fase sólida y no se encuentran tan rígidamente ligadas entre sí.
Aun cuando un líquido prácticamente no es compresible reteniendo su tamaño y debido a
que la estructura molecular del fluido no retiene su forma adopta la forma del recipiente que lo
contiene.
Fase de vapor o gaseosa.
Las moléculas de un material en la fase gaseosa tienen una energía bastante mayor que la
que se tiene en la fase liquida. Se tiene la suficiente energía para vencer todas las fuerzas de
restricción. No se le encuentra muy ligadas por las fuerzas de atracción ni por la fuerza de
gravedad. En consecuencia las moléculas pueden desplazarse a velocidades altas y estar
chocando unas con otras. Por esta razón no retiene su tamaño ni su forma haciéndolo
compresible.
Fig.1.30 Estructura molecular de los 3 estados de la materia. Solidó, líquido y gas.

1.5.13. CAMBIO DE FASE.
Se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de
agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados básicos son el sólido, el
líquido y el gaseoso.
Fig.1.31 Cambios de estado.
Los dos parámetros de los que depende que una sustancia o mezcla se encuentre en un
estado o en otro son la temperatura y la presión. Un aumento de temperatura o una reducción de
la presión favorecen la fusión, la evaporación y la sublimación, mientras que un descenso de
temperatura o un aumento de presión favorecen los cambios opuestos.
4.500 ºC — No hay sólidos.
6.000 °C — No hay líquidos (solo gases).
10.000 °C — Sólo plasma.
1.5.14. PROCESO TERMODINÁMICO.
Se sabe que hubo un “proceso” cuando los valores de las propiedades cambiaron. Es un
cambio de estado.
1.5.15. CICLO TERMODINÁMICO.
Sucesión de procesos termodinámicos a que se somete un fluido al final de los cuales este
vuelve a sus condiciones iniciales.

1.5.16. CALOR.
Termodinámicamente se define calor como energía en transito de un cuerpo a otro como
resultado de una diferencia de temperatura entre los dos cuerpos.
Fig.1.32 El sol como fuente primaria
de calor.
Fig.1.33 Ciclo de la energía gracias ala transmisión de calor.
1.5.17. UNIDAD TÉRMICA BRITÁNICA (BTU).
La unidad térmica británica esta definida como la cantidad de calor necesario para
cambiar la temperatura de 1 libra-masa de agua a 1ºF. Proporcionándole 1Btu a 1 libra de agua,
aumentara su temperatura en 1ºF. Por analogía, quitándole a 1 libra de agua Btu, su temperatura
descenderá a 1ºF.
1.5.18. CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR.
De acuerdo a la definición de calor específico, es evidente que la cantidad de energía
suministrada, o extraída, a una masa conocida de material para producirle un cambio específico
en su temperatura puede obtenerse a partir de la siguiente relación.
)
)(
)(
( 1
2 T
T
c
m
Q −
=
Donde: Q = Cantidad de energía térmica en unidades térmicas británicas (Btu).
m= Masa expresada en libras.
c = Calor especifico en Btu por libra por grados Fahrenheit (Btu/lb ºF).
T1 = Temperatura inicial en grados Ranking o en grados Fahrenheit.
T 2 = Temperatura final en grados Ranking o en grados Fahrenheit, consistente con T 1 .

1.5.19. DIRECCIÓN Y RAZÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR.
Pasara calor de un cuerpo a otro cuerpo solo cuando exista una diferencia de temperatura
entre los dos cuerpos, cuando un cuerpo esta en equilibrio térmico (es decir a la misma
temperatura) con sus alrededores, no habrá transferencia de calor entre el cuerpo y sus
alrededores.
La transferencia de calor siempre ocurre de una región de temperatura alta a una región de
temperatura baja (de un cuerpo caliente a un cuerpo frió) y nunca en dirección opuesta. La razón
de transferencia de calor siempre, es proporcional a la diferencia de temperatura que causa la
transferencia.
1.5.20. MÉTODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
La transferencia de calor ocurre de tres maneras: (1) por conducción, (2) por convecciòn y
(3) por radiación.
Fig.1.34 Formas de transferencia de calor.
1.5.21. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN.
La transferencia de calor por conducción ocurre cuando la energía es transmitida por
contacto directo entre las moléculas de un cuerpo simple o entre moléculas de dos o más cuerpos
con buen contacto térmico entre ambos.
La razón de transferencia de calor por conducción, esta en proporción directa a la
diferencia de temperatura que se tienen entre las partes de alta y baja temperatura

La transferencia de energía de molécula a molécula es similar a la que se tiene entre las
bolas de una mesa de billar, donde toda o alguna parte de la energía del movimiento de una bola
es transmitida en el momento del impacto a las otras bolas contra las cuales choca.
Fig.1.35 Transferencia de calor por contacto directo
(Conducción).
1.5.22. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÒN.
La transferencia de calor por convecciòn ocurre cuando el calor se desplaza de un lugar a
otro por medio de corrientes establecidas mediante un medio que fluye. Estas corrientes se
conocen como corrientes de convecciòn y se producen debido al cambio de densidad
produciéndose a través de la expansión de la porción calentada del fluido.
Cuando se calienta cualquier porción de un fluido, este se expande y se aumenta su
volumen por unidad de masa. Entonces la proporción calentada se vuelve mas ligera,
desplazándose hacia arriba la que de inmediato es remplazada por una porción mas fría, que es la
parte mas pesada del fluido.
Fig.1.36 (Ay B) Formación de corrientes de convección de un depósito de agua calentado en el
fondo de su parte central.
A B

1.5.23. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN.
La transferencia de calor por radiación ocurre en la forma de movimiento ondulatorio
similar a ondas ligeras en donde a energía se transmite de un cuerpo a otro sin la necesidad de la
intervención de la materia. A la energía térmica transmitida por movimiento de ondas se le llama
energía radiante.
La tierra recibe calor del sol por radiación, la energía solar produce vibración en las
moléculas y es impartida en forma de ondas de energía radiante al espacio que rodea al sol las
ondas de energía viajan billones de millas hasta llegar a la tierra. Esta energía es absorbida y
transformada en energía interna de modo que el movimiento vibratorio del cuerpo caliente (sol)
es reproducido en el cuerpo frió (la tierra).
Fig.1.37 Transferencia de calor por radiación solar.
1.5.24. ENTROPÍA.
La entropía al igual que la entalpía es una propiedad calculable de la materia. La entropía
(S) de una determinada masa de material en una condición cualquiera dada, es una expresión de
la energía total transferida al material por grado de temperatura absoluta para llevar al material a
su condición real, desde un punto de referencia cero seleccionado arbitrariamente.
Para un fluido cualquiera, el punto de referencia para el cálculo de su entropía es el mismo
punto considerado para el cálculo de la entalpía.
Donde:
=
∆Q Energía térmica transferida en Btu/lb.
=
∆S Cambio de entropía en Btu/lb.-ºF
Tm = Temperatura absoluta promedio en ºR
S
Q
Tm
Tm
Q
S
Tm
S
Q
∆
∆
=
∆
=
∆
∆
=
∆ )
)(
(

1.5.25. ENTALPÍA.
Es una propiedad calculable de la materia que algunas veces ha sido muy probablemente
definida como “calor total”. Más específicamente la entalpía (H), de una masa dada de un
material a una condición termodinámica conocida, es la suma de todas las energías suministradas
a la misma para mantenerla en su condición actual con respecto a una condición inicial conocida
arbitrariamente como punto de entalpía cero.
J
Pv
u
h +
=
Donde:
h = Entalpía en Btu/lb.
u = Energía interna en Btu/lb.
P = Presión absoluta en lbs./ft 2
v = Volumen especifico en ft3
/lb.
J = Equivalente energía mecánica (778 ft-lb./Btu).
1.5.26. CALOR ESPECÍFICO.
El calor específico © de cualquier sustancia es la cantidad de energía (calor) en Btu
necesaria para producir un cambio de temperatura de 1º F a 1 lb-masa. Por ejemplo, el calor
especifico del latón es 0.089 Btu / lbºF. Esto indica que se debe suministrar 0.089 Btu a 1lb de
latón para aumentar su temperatura en 1ºF. Inversamente, 0.089 Btu deberán extraerle para
reducir en 1ºF la temperatura del latón.
El calor específico de una sustancia cambia significativamente con un cambio de fase.
SUBSTANCIAS TEMPERATURA ºC CALOR ESPECIFICO EN CALORIAS
A 15ºC
Aluminio 0 0,2079
Cobre 20 0,0921
Hierro 20 0,107
Oro 18 0,0312
Plomo 20 0,0306
Plata 20 0,0558
Estaño 18 0,0542
Cinc 20 0,0925
Amianto 20-98 0,195
Vidrio (de termómetros ) 19-100 0,1988
Granito 12-100 0,192
Helio -100 0,329
Cuarzo 12-100 0,188
Madera 0,42
Alcohol etílico 0 0,535
Alcohol metílico 0 0,566
Amoniaco 0 1,098
Glicerina 0 0,540
Glicol 0 0,544
Tabla 1.1 Tabla de calor específico de substancias corrientes

1.5.27. CALOR SENSIBLE.
A la energía térmica (calor) añadida o retirada que cause o produzca un cambio en la
temperatura de la sustancia se le llama calor sensible.
Donde:
=
s
Q Cantidad de energía térmica sensible en BTU.
m = Masa en libras.
=
BS
T Temperatura de bulbo seco en ºF.
1.5.28. CALOR LATENTE.
A la energía térmica (calor) añadida o retirada que cause o produzca un cambio en la fase
de la sustancia se le llama calor latente.
( )( )
fg
L h
m
Q =
Donde:
=
L
Q Cantidad de energía térmica latente en BTU.
m = Masa en libras.
=
fg
h Calor latente de vaporización en
.
lb
Btu .
1.5.29. CALOR TOTAL.
Es el calor total que se le agrega o se le retira a una sustancia.
Q sensible + Q latente = Q total
1.5.30. CALOR LATENTE DE FUSIÓN.
Cantidad de calor que debe adsorber o ceder 1 libra-masa de una sustancia, para pasar de
la fase sólida a la fase liquida o viceversa en cualquier dirección en su punto de fusión.
Donde:
Q = Cantidad de calor latente en Btu.
m = Masa expresado en lbs.
if
h = Calor latente de fusión en
.
lb
Btu .
)
)(
( if
LF h
m
Q =
( )( )( )
BS
s T
cp
m
Q =

1.5.31. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN.
La cantidad de energía (calor) que una 1 libra-masa de líquido debe adsorber para pasar
de la fase de vapor, o ceder para pasar de la fase de vapor a la fase liquida, se le llama calor
latente de vaporización.
Donde:
lV
Q = Cantidad de calor latente en Btu.
m = Masa expresado en libras
fg
h = Calor latente de vaporización en
.
lb
Btu .
1.5.32. CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN.
El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a un vapor sin pasar por el
estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más común es el uso del
CO 2 , o sea dióxido de Carbono o “hielo seco” para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con
hielo abajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de
congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos. El calor latente de
sublimación es igual a la suma de calor latente de fusión y el calor latente de evaporación.
1.5.33. VOLUMEN.
El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.
1.5.34. VOLUMEN ESPECÍFICO.
Volumen ocupado por una unidad de masa de una sustancia a una temperatura dada.
Generalmente expresada en m³/Kg. o ft³/lb. a 21 °C o 70 °F. En el caso de los gases el volumen
es afectado de manera importante por la temperatura y la presión.
1.5.35. TEMPERATURA.
Es una propiedad de la materia.
Es una medida del nivel de la presión térmica de un cuerpo. Una temperatura alta indica
un alto nivel de presión térmica se dice que el cuerpo esta caliente. A si mismo una temperatura
baja indica un nivel bajo de presión térmica y se dice que el cuerpo esta frió.
Es un índice de la velocidad molecular promedio.
)
)(
( fg
lV h
m
Q =
)
(
)
( LV
LF
LS Q
Q
Q +
=

1.5.36. TEMPERATURA ABSOLUTA.
A las lecturas de temperatura obtenidas a partir del cero absoluto se les designa con el
nombre de temperatura absoluta y pueden expresarse en grados Fahrenheit o Celsius. Una lectura
de temperatura en la escala Fahrenheit puede convertirse en temperatura absoluta sumándole 460º
y la temperatura resultante será en grados Ranking (ºR).
De igual manera las temperaturas Celsius pueden convertirse a temperaturas absolutas
agregando 273º y la temperatura resultante será en grados Kelvin (ºK).
Fig.1.38 Escalas de medición de la temperatura. Tabla 1.2 conversiones de temperatura.
1.5.37. TEMPERATURA DE SATURACIÓN.
La temperatura de saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el líquido
y el vapor pueden existir simultáneamente. Un líquido o vapor esta saturado cuando está en su
punto de ebullición (para el nivel del mar, la temperatura de saturación del agua es de 100 ºC o
212 ºF). A presiones más altas la temperatura de saturación aumenta, y disminuye a presiones
más bajas.
1.5.38. PUNTO DE EBULLICIÓN.
El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que debe alcanzar este
para pasar del estado líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de
condensación.
De grados Fahrenheit a grados Celsius.
0.555(ºF – 32) = ºC
De grados Celsius a grados Fahrenheit.
(1.8 x ºC) + 32 = ºF
De grados Celsius a grados Kelvin.
ºC + 273.15 = ºK
De grados Kelvin a grados Celsius.
ºK – 273.15 = ºC
De grados Fahrenheit grados Ranking.
ºF + 460 = ºR
De grados Ranking a grados Fahrenheit.
ºR – 460 = ºF

1.5.39. SOBRECALENTAMIENTO.
Una vez que un líquido haya sido vaporizado, la temperatura del vapor resultante podrá
aumentarse agregando más calor. El calor agregado al vapor después de la vaporización es el
calor sensible del vapor, mas comúnmente conocido como sobrecalentamiento. Cuando la
temperatura de un vapor es mayor a la temperatura de saturación, se dice que el vapor esta
sobrecalentado y se le llama vapor sobrecalentado.
1.5.40. SUB ENFRIAMIENTO.
Es el diferencial de calor en un líquido por debajo del calor contenido en su punto de
saturación. Es medido en grados de temperatura por debajo de la saturación.
1.5.41. VAPOR SOBRECALENTADO.
Cuando un líquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor aumentará su
temperatura (calor sensible). Siempre y cuando la presión a la que se encuentre expuesto se
mantenga constante. El término vapor sobrecalentado se emplea para denominar un gas cuya
temperatura se encuentre arriba de su punto de ebullición o saturación. El aire a nuestro alrededor
contiene vapor sobrecalentado.
1.5.42. LIQUIDOS SUBENFRIADOS.
Cuando un líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de saturación
correspondiente a la presión máxima existente, se dice que se encuentra subenfriado. Por ejemplo
el agua a cualquier temperatura por debajo de su temperatura de ebullición 100 ºC a nivel del mar
esta sub enfriada.
1.5.43. TONELADA AMERICANA DE REFRIGERACIÓN.
Aún en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeración, la cual es
realmente una unidad americana basada en el efecto frigorífico de la fusión del hielo. La tonelada
de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor absorbida por la fusión de una
tonelada de hielo sólido puro en 24 horas. Puesto que el calor latente de fusión de una libra de
hielo es de 144 BTU, el calor latente de una tonelada americana (2000 libras) de hielo será 144 *
2000, o sea 288,000 BTU por 24 horas. Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre
las 24 horas, lo cual da una cantidad de 12,000 BTU/HORA, que recibe el nombre de
“TONELADA DE REFRIGERACION”.
Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es de 80 Kilo-Calorías y que
una tonelada americana es igual a 907.187 kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 80
*907.185 o sea 72.575 kilo- calorías por 24 horas, es decir, 3.024 kilo-calorías por hora.

1.5.44. REFRIGERANTE.
Refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento
absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.
Un refrigerante ideal a de cumplir las siguientes propiedades:
• Ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, ni tóxico, ni explosivo, tanto
en estado puro como cuando esté mezclado con el aire en determinada proporción.
• No reaccionar desfavorablemente con los aceites o materiales empleados en la
construcción de los equipos frigoríficos.
• No reaccionar desfavorablemente con la humedad, que a pesar de las precauciones que se
toman, aparece en toda instalación.
• Su naturaleza será tal que no contamine los productos almacenados en caso de fuga.
• El refrigerante ha de poseer unas características físicas y térmicas que permitan la máxima
capacidad de refrigeración con la mínima demanda de potencia.
• La temperatura de descarga de cualquier refrigerante siempre disminuye a medida que
baja la relación de compresión. Por lo tanto deseamos que la temperatura de descarga sea
la más baja posible para alargar la vida del compresor.
• El coeficiente de conductancia conviene que sea lo más elevado posible para reducir el
tamaño y costo del equipo de transferencia de calor.
• La relación presión-temperatura debe ser tal que la presión en el evaporador para la
temperatura de trabajo sea superior a la atmosférica, para evitar la entrada de aire y de
humedad en el sistema en caso de fuga.
• Temperatura y presión crítica, lógicamente el punto de congelación deberá ser inferior a
la temperatura mínima de trabajo.
• Finalmente ha de ser de bajo precio y fácil disponibilidad.
1.5.45. REFRIGERACIÓN.
En general se define a la refrigeración como cualquier proceso de eliminación de calor.
Más específicamente, se define a la refrigeración como la rama de la ciencia que trata con los
procesos de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a temperatura
inferior con respecto de los alrededores correspondientes.

2.1 ANÁLISIS DEL PROBLEMA.
Cálculo y diseño de una cámara de conservación para productos perecederos en un
tiempo aproximado de 7 días cuya temperatura de conservación real oscila entre los 2 y 5 ºC ò
bien entre 35.6 y 41ºF.
2.2 CONDICIONES DE DISEÑO.
La cámara frigorífica calculada en este proyecto estará localizada en el municipio de
Cuautitlan Estado de México. Por lo cual los datos necesarios para el diseño de esta cámara están
referidos a las condiciones climatológicas de este lugar, estos datos se citaran a continuación.
2.3 LOCALIZACIÓN DEL LUGAR.
El municipio de Cuautitlan se localiza en la parte noroeste del Valle Cuautitlán-Texcoco
al norte del Estado de México. Sus coordenadas son 19º 40' de latitud norte y 99º 11' de longitud
oeste. Su altura es de 2,250 metros sobre el nivel del mar. Limita al norte con los municipios de
Teoloyucan y Zumpango; al sur con el municipio de Tultitlan; al este con los municipios de
Nextlalpan, Melchor Ocampo y Tultepec; al oeste con los municipios de Tepotzotlán y Cuautitlán
Izcalli.
Cuautitlan cuenta con una temperatura máxima de 32 ºC, una temperatura de bulbo seco
de F
TBS º
89
= y una temperatura de bulbo húmedo de F
TBH º
63
= . En este lugar podemos
encontrar un viento con un concepto de valoración según la escala de Beaufort como moderado
que oscila entre los 29 Km. /h. ò 18 millas /h. (ver tablas anexo 9 y 11)
2.4 CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO.
Como bien se sabe los productos perecederos son aquellos que se descomponen
fácilmente, como la leche, las carnes, los huevos y las verduras. En nuestro caso la mayoría de
nuestros productos ha conservar son verduras y frutas las cuales requieren un trato especial tanto
por su delicadeza física como por su temperatura de conservación, es por ello que las técnicas de
conservación y almacenaje deben ser idóneas para cada producto ya que a pesar de oscilar dentro
un rango de temperatura de conservación similar algunos de estos productos son mas delicados
que otros.
Los productos a conservar así como las condiciones de almacenamiento y conservación se
mencionan a continuación:

2.5 PRODUCTOS A CONSERVAR.
Zanahoria
Calabaza
Papa
Cebolla
Jitomate
Tomate
Melón
Papaya
Sandia
Piña
Brócoli
Coliflor
Lechuga
Epazote
Perejil
Aguacate
Quesos
Jamón
Pierna
Longaniza
Tabla 2.1 Lista de productos a conservar.
2.6 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO.
Producto Cantidad
(LIBRAS.)
Zanahoria 26,45
Calabaza 44.09
Papa 330.64
Cebolla 308.64
Jitomate 154.32
Tomate 154.32
Melón 33.06
Papaya 66.13
Sandia 79.36
Piña 26.45
Brócoli 19.84
Coliflor 35.27
Lechuga 33.06
Epazote 6.61
Perejil 4.40
Aguacate 66.13
Quesos 66.13
Jamón 198.41
Pierna 66.13
Longaniza 66.13
Total = 1,785.57 Libras.
Tabla 2.2 Cantidad de productos en peso a conservar.

2.7 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y CONSERVACIÓN.
Se considerará en el diseño que el producto entra a la cámara a temperatura ambiente del
lugar, y como es para conservación la temperatura de diseño de almacenamiento se tomara de 32
ºF.
El producto a conservar es en su mayoría frutas y legumbres, se considera que la cámara
de conservación deberá fluctuar entre una temperatura de 2 a 5 ºC ò 35.6 a 41ºF que es el rango
de temperatura real de conservación en la que se encuentran la mayoría de los productos, sin
embargo se tomara 0 ºC ò 32 ºF como temperatura de diseño.
La forma de almacenaje de las frutas y legumbres tendrán una forma especial, estas serán
colocadas ya sea en cajas y costales o envueltas en un empaque de plástico y se colocaran en
anaqueles dentro de la cámara.
También se hace notar que las aperturas de la cámara son abiertas en forma constante, sin
llegar a permanecer abiertas durante el tiempo de servicio del restaurante.
2.8 PLANOS DE LA CÀMARA.
A continuación se muestra los planos correspondientes de la cámara así como del lugar donde
estará colocada

2.9 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.
Para la construcción del cuarto frió se emplearán tanto materiales comunes como
especiales que contribuyan de forma eficiente y segura a la conservación de los productos
mencionados anteriormente en base a sus propiedades térmicas, químicas y mecánicas.
PANEL DE POLIURETANO EXPANDIDO.
La aplicación in-situ de espuma de poliuretano como aislamiento de cámaras refrigeradas
construidas de mampostería o de estructura metálica, reduce los espesores de aislamiento
necesarios posibilitando un mayor aprovechamiento de los espacios útiles. Su bajo nivel de
absorción de agua y resistencia al envejecimiento, garantizan una larga vida. La proyección
continua y la aplicación sin adhesivos aseguran una cáscara uniforme sin juntas, evitando
pérdidas de frigorías por puentes térmicos.
La resistencia mecánica y rigidez estructural de la espuma de poliuretano, soporta con la
cobertura final correspondiente (repello, lámina metálica, placas de fibra de vidrio, etc.) y con los
malos tratos que por lo general reciben estos lugares de almacenamiento. La rapidez de
aplicación y posibilidad de reparación, reformas o ampliación, la convierten en el material ideal,
que se adecua a todas las necesidades requeridas.
La cámara de refrigeración estará formada casi en su totalidad por paneles de este
material con cobertura metálica, excepto el piso el cual llevara loseta asfáltica de la que se
hablara mas adelante, es por ello que es importante conocer las propiedades más importantes de
este material las cuales se mencionan a continuación:
Densidad: 45-60 kg/m³
Fuerza de compresión: 200 N/mm²
Conductividad térmica: 0,021 W/m•K ò bien 0.17 Btu-plg./ft 2
-ºF-hr.
Coeficiente de fricción: µ=0,0135
T. de trabajo: -50 a 80 ºC
Humedad: 0 % a 100%
Presión dentro del conducto: -2000 a +2000
Ensayo con norma DIN4102: difícilmente inflamable
Fig.2.1 Panel de poliuretano especial para cámaras frigoríficas.
Nota: para conocer más sobre las propiedades de este material consultar la tabla anexo 10 sobre datos técnicos del
poliuretano así como la tabla anexo 2 sobre coeficientes de conductividad térmica de algunos materiales.

La cámara frigorífica estará ubicada dentro del restaurante, como se puede apreciar en los
planos dentro de un cuarto el cual estará formado por paredes de ladrillo común y contara con un
techo de concreto y su piso estará forrado por loseta asfáltica. Conozcamos ahora las
características de estos materiales.
LADRILLO.
Un ladrillo es una pieza cerámica, generalmente ortoédrica, obtenida por moldeo, secado
y cocción a altas temperaturas de una pasta arcillosa, cuyas dimensiones suelen rondar 24 x 11,5
x 6 cm. Se emplea en albañilería para la ejecución de fábricas de ladrillo, ya sean muros,
tabiques, tabicones, etc. Se estima que los primeros ladrillos fueron creados alrededor del 6.000
a.C.
Geometría.
Fig.2.2 Caras principales de un ladrillo.
Su forma es la de un prisma rectangular, en el que sus diferentes dimensiones reciben el
nombre de soga, tizón y grueso, siendo la soga su dimensión mayor. Así mismo, las diferentes
caras del ladrillo reciben el nombre de tabla, canto y testa (la tabla es la mayor).
Por lo general, la soga es del doble de longitud que el tizón o, más exactamente, dos
tizones más una junta, lo que permite combinarlos libremente. El grueso, por el contrario, puede
no estar modulado.
Aparejos principales.
Aparejo es la ley de traba o disposición de los ladrillos en un muro, estipulando desde las
dimensiones del muro hasta los encuentros y los enjarjes, de manera que el muro suba de forma
homogénea en toda la altura del edificio.
Aparejo Ingles.
Aparejo inglés: En este caso se alternan hiladas en sogas y en
tizones, dando un espesor de 1 pie (la soga). Se emplea mucho
para muros portantes en fachadas de ladrillo cara vista. Su traba
es mejor que el muro a tizones pero su puesta en obra es más
complicada y requiere mano de obra más experimentada.

Fig.2.3 Aparejo de ladrillos tipo ingles.
Aparejo a panderete.
Fig.2.4 Aparejo de ladrillos tipo panderete.
Aparejo palomero.
Fig.2.5 Aparejo de ladrillos tipo palomero.
Aparejo a sogas.
Fig.2.6 Aparejo de ladrillos tipo a sogas.
Aparejo a tizones.
Fig.2.7 Aparejo de ladrillos tipo a tizones.
El cuarto frió contara con el tipo de aparejo a sogas ya que este tipo de arreglo es mas
seguro para absorber cargas que en este caso es el de la loza del techo y da una mejor protección
a la cámara.
El coeficiente de conductividad térmica del ladrillo oscila alrededor de los 5 – 6 Btu-
plg./ft
2
-ºF-hra. (Ver tabla anexo 2 sobre el coeficiente de conductividad térmica de algunos materiales.)
Aparejo en panderete: Es el empleado para la ejecución de
tabiques, su espesor es el del grueso de la pieza y no está
preparado para absorber cargas excepto su propio peso.
Aparejo palomero: Es como el aparejo en panderete pero
dejando huecos entre las piezas horizontales. Se emplea en
aquellos tabiques provisionales que deben dejar ventilar la
estancia y en un determinado tipo de estructura de cubierta.
Aparejo a sogas: Los costados del muro se forman por las sogas
del ladrillo, tiene un espesor de medio pie (el tizón) y es muy
utilizado para fachadas de ladrillo cara vista.
Aparejo a tizones o a la española: En este caso los tizones
forman los costados del muro y su espesor es de 1 pie (la soga).
Muy utilizado en muros que soportan cargas estructurales.

CONCRETO.
El concreto es un material durable y resistente pero, dado que se trabaja en su forma
líquida, prácticamente puede adquirir cualquier forma. Esta combinación de características es la
razón principal por la que es un material de construcción tan popular para exteriores.
El concreto de uso común, o convencional, se produce mediante la mezcla de tres
componentes esenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora un
cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo.
Al mezclar estos componentes y producir lo que se conoce como una revoltura de
concreto, se introduce de manera simultánea un quinto participante representado por el aire.
La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa
plástica que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde
esta característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el
aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en el
material mecánicamente resistente que es el concreto endurecido.
Propiedades térmicas:
El comportamiento del concreto sometido a cambios de temperatura, resulta notablemente
influido por las propiedades térmicas de los agregados; sin embargo, como estas propiedades no
constituyen normalmente una base para la selección de los agregados, lo procedente es verificar
las propiedades térmicas que manifiesta el concreto, para tomarlas en cuenta al diseñar aquellas
estructuras en que su influencia es importante. Entre las propiedades térmicas del concreto, la que
interesa con mayor frecuencia para todo tipo de estructuras sujetas a cambios significativos de
temperatura, es el coeficiente de expansión térmica lineal, que se define como el cambio de
dimensión por unidad de longitud, que ocurre por cada grado de variación en la temperatura,
LOSETA ASFALTICA.
Se fabrican con asfalto y sus derivados, resinas, fibras e ingredientes minerales. La mezcla se
debe fundir, laminar a presión y cortar en los tamaños especificados, debiéndose obtener un
producto flexible.
Se fabrican en tamaños de 20 X 20 y de 30 X 30 cm.

2.10 BALANCE TÉRMICO.
2.10.1 DEFINICIÓN DE BALANCE TÉRMICO.
Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance
térmico que se refiere al desarrollo de cálculos con el objetivo de conocer la cantidad de calor que
se debe absorber ó transferir en el evaporador, para que un producto, sustancia o espacio
descienda su temperatura en ciertas condiciones.
En general se puede decir que se tienen las siguientes cargas parciales:
Carga térmica generada por el producto.
Carga térmica generada por transmisión a través de paredes.
Carga térmica generada por alumbrado y equipo.
Carga térmica generada por infiltración.
Carga térmica generada por ocupantes.
Carga térmica generada por efecto solar.
2.10.2 CARGA TÉRMICA GENERADA POR PRODUCTO.
Al producto es a quien se le debe retirar calor principalmente para que una determinada
sustancia o espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad.
Las frutas, vegetales o cualquier producto desprenden determinadas cantidades de calor
durante su vida, además de introducirlas a un espacio refrigerado, se toma en cuenta que estas se
encuentran a una temperatura ambiente o un poco mas alta que esta, la cual da como resultado
realizar el abatimiento de su temperatura, hasta llegar a un rango de temperatura para su
conservación.
El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, si no también
algunos otros materiales que complementan la función de contener y manejar el producto.
Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se
requiere mantener el producto o espacio.
Para poder determinar la carga por producto se considera lo siguiente:
Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación o criogenia).
Tipo de calor a eliminar (calor sensible, calor latente o ambos).

2.10.3 CALOR SENSIBLE.
Este parámetro se puede determinar de la siguiente forma.
)
)(
)(
(
)
)(
)(
(
T
cp
m
q
T
cp
m
q
B
B
A
A
∆
=
∆
=
Donde:
A
q = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de
congelación. (BTU)
B
q = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto abajo del punto de
congelación. (BTU)
m = Cantidad de masa de producto. (Lb.)
A
cp = Calor especifico arriba del punto de congelación. (BTU/lb.-°F)
B
cp = Calor especifico abajo del punto de congelación. (BTU /lb.-°F)
T
∆ = Diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura
final. (ºF)
La temperatura se abate sin que haya un cambio de estado físico. (Ver fig.2.8)
Fig.2.8 Abatimiento de calor sensible.
2.10.4 CALOR LATENTE.
La ecuación que define el calor latente es:
( )( )
L
L h
m
q =
Donde:
L
q = Calor latente de fusión o cambio de estado. (BTU)
m = Cantidad de masa de producto para el cambio de estado. (Lb.)
hL = Calor latente de fusión del producto. (BTU/lb.)

La temperatura se mantiene constante y hay un cambio de estado físico. (Ver fig. 2.9)
Fig.2.9 Abatimiento de calor latente.
Existen ocasiones en donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al mismo
tiempo (ver fig.2.10) por la que de esta combinación el resultado será de acuerdo con la ecuación:
)
(
)
(
)
( SB
L
SA
Total q
q
q
Q −
+
−
+
−
=
Fig.2.10 Abatimiento de calor sensible y latente.
2.10.5 CARGA TÉRMICA GENERADO POR TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE PAREDES.
Este concepto se calcula por la expresión general:
T
AU
Q ∆
=
Donde:
Q= Calor transferido en (BTU/hr.) o (Kcal./hr.)
A= Área expuesta al flujo de calor en ( ) ( )
2
2
ft
o
m
= Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el lado interior del espacio refrigerado en
(ºC) o (ºF)
U= Coeficiente de conductividad térmica total, equivalente o global en ò






−
− F
ft
hr
BTU
º
2 





−
− C
m
hr
kcal
º
2
T
∆

T1
En el caso particular de la refrigeración, las paredes deben llevar una capa de aislante
térmico de 2 a 3 pulgadas.
Todo elemento que separa a las masas de fluidos a diferentes temperaturas esta sujeto a un
paso de calor que va desde el más caliente hacia el más frío y si el medio que los separa es de
material homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento según una
recta (ver figura 2.11).
Fig.2.11 Transmisión de calor a través de una pared.
La cantidad de calor que fluye a través de una pared de espesor e y compuesta de un
solo material, se calcula de la siguiente manera.
k
T
T
e
A
q )
( 2
1 −
=
Donde:
q = Cantidad de calor transmitido. (BTU /hr)
A = Área de transmisión. ( )
2
ft
e = Espesor de la pared. (Pulg.)
k = Coeficiente especifico de conductividad térmica.








−
−
−
F
ft
hr
pu
BTU
º
lg
2
2
1 yT
T = Temperaturas a ambos lados de la pared. (ºF)
En el caso del cálculo de la temperatura del subsuelo, la temperatura exterior no será la
misma, por lo tanto se deberá calcular por medio de una media aritmética de la siguiente forma:
hr
BTU
2
int
. T
T
T ext
subsuelo
+
=

El coeficiente específico de conductividad térmica es numéricamente igual a la cantidad
de calor que pasa por una placa de material considerado de 1 2
ft de sección por 1 pulg. de
espesor cuando existe 1 °F de diferencia de temperatura entre sus 2 caras en l hora.
Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que se transmite o fluye a
través de las paredes compuestas de un solo material.
2.10.6 CONDUCTANCIA DE LA CAPA SUPERFICIAL DEL AIRE (PELÍCULA DE AIRE).
La transferencia de calor a través de cualquier material esta relacionada con la resistencia
superficial del aire al flujo de calor y está, se determina según el tipo de superficie (rugosa ó lisa),
su posición (vertical u horizontal) y la intensidad de flujo de aire sobre la superficie.
La conductancia de la capa superficial del aire se designa normalmente con la letra 2
f
para las superficies interiores y 1
f para las exteriores, se expresa en el sistema métrico en:
Sistema Métrico:
Sistema Ingles:
Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de 1.65 para
2
f para paredes interiores casi sin movimiento de aire, y 6
1 =
f para paredes exteriores
expuestas a vientos de hasta 24 Km/hr (15 millas/hr) ó en su defecto calcular dicha conductancia
con las siguientes expresiones:
f = 1.6 + 0.3v (para paredes lisas)
f = 2.0 + O.4v (para paredes medianamente rugosas)
f = 2.1 + 0.5v (para paredes muy rugosas)
v= velocidad del viento en (millas/hr.)
C
m
hr
Kcal
º
.
.
2
−
−
F
ft
hr
Btu
º
.
.
2
−
−

2.10.7 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR QUE SE TRANSMITE A TRAVÉS DE UNA
PARED COMPUESTAS POR VARIOS MATERIALES.
Fig.2.12 Transmisión de calor a través de una pared compuesta.
5
4
3
2
1
º
q
q
q
q
q
Q +
+
+
+
= 





hr
BTU






+
+
+
+
=
=
−
−
=
−
=
−
=
−
=
−
=
2
3
3
2
2
1
1
1
2
1
2
6
2
5
3
6
5
3
4
2
5
4
2
3
1
4
3
1
2
3
1
1
1
1
1
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
f
k
e
k
e
k
e
f
A
Q
T
T
T
T
Af
q
K
T
T
e
A
q
K
T
T
e
A
q
K
T
T
e
A
q
T
T
Af
q
2
5
2
6
3
3
4
6
5
2
2
3
5
4
1
1
2
4
3
1
1
3
1
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
Af
q
T
T
Ak
e
q
T
T
Ak
e
q
T
T
Ak
e
q
T
T
Af
q
T
T
=
−
=
−
=
−
=
−
=
−

2.10.8 COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA TOTAL.
La siguiente expresión permite el calculo de la cantidad de calor que se transmite a través
de una pared compuesta de dos o mas materiales y que separan a dos fluidos que se encuentran a
diferente temperatura
2
3
3
2
2
1
1
1
2
1
1
1
1
)
(
f
k
e
k
e
k
e
f
U
U
T
T
A
Q
+
+
+
+
=
−
=
Donde:
Q= Calor transferido en (BTU/hr.) o (Kcal./hr.)
A= Área expuesta al flujo de calor en ( ) ( )
2
2
ft
o
m
= Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el lado interior del espacio refrigerado en
(ºC) o (ºF)
U= Coeficiente de conductividad térmica total, equivalente o global en ò
2.10.9 CALCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR ALUMBRADO Y EQUIPO.
A) CARGA TÉRMICA GENERADA POR ALUMBRADO.
En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden
energía calorífica al medio enfriado en el momento de operar. La cantidad de calor que estos
equipos ceden se obtiene directamente de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es:
1 Watt= 3.415 Btu/hr.
Todos los sistemas de iluminación, ya sea incandescentes o fluorescentes básicamente,
transforman la energía eléctrica que reciben, para su operación, en calor; el cual desprende en su
totalidad y se disipa en el interior del espacio que se desea refrigerar, por lo tanto, el siguiente
modelo matemático nos permite calcular la ganancia de calor generado por alumbrado.
=
Alumbrado
Q (No. De lámparas) (watts de cada lámpara) (3.415) = (BTU/hr)






hr
BTU






−
− F
ft
hr
BTU
º
2 





−
− C
m
hr
kcal
º
2
T
∆

B) CARGA TÉRMICA GENERADA POR EQUIPO.
Como sabemos todas las maquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean
parte de su energía consumida en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor.
El calor cedido al espacio con los motores y sus maquinas conducidas afectan a dicho
medio de tres maneras:
1. Si el motor y la maquina se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calor
cedido será igual al de la siguiente expresión:
*
hr
BTU
N
QEquipo =
= )
415
.
3
)(
746
(
η
2. Si el motor está fuera del espacio y la maquina en el interior del espacio, el calor
desarrollado esta dado por:
hr
BTU
N
QEquipo =
= )
415
.
3
)(
746
(
3. Si el motor esta dentro del espacio y la maquina fuera, el calor emitido será:
hr
BTU
N
N
QEquipo =








−
= )
415
.
3
)(
746
(
η
Donde:
N = Potencia del motor eléctrico (HP).
η = Rendimiento del motor eléctrico (%).
746 = Factor de conversión de HP a watts.
3.415 = Factor de conversión de watts a BTU/hr. Para (Q Alumbrado) y (Q Equipo)
*En la actualidad solo se usa el primer modelo matemático, es decir cuando la maquina y el motor están dentro de
la cámara.
2.10.10 CALCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR EL CONCEPTO DE
INFILTRACIÓN.
El concepto de infiltración representa una transmisión de calor originado por la entrada de
aire exterior (a la temperatura del medio ambiente) al interior del espacio refrigerado. Esta carga
térmica es ocasionada en el momento de apertura de las puertas, ventanas u otro medio que
influya en la comunicación con el exterior.

El procedimiento de calculo para este punto se basa en considerar que el aire interior del
espacio se cambiara un determinado numero de veces por hora, a esto se le llama numero de
cambios de aire (CA) y se maneja en un intervalo de una hora. El numero de cambios esta en
función directa del volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distinguiremos 2 grupos:
Espacios con volúmenes altos (mas de 200 3
ft ).
Espacios con volúmenes bajos (menos de 200 3
ft ).
Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina
de la siguiente manera:
2.10.11 MÉTODO POR APERTURAS DE PUERTAS (PARA REFRIGERACIÓN).
Para congeladores ó diseños mas bajos, a esta condición se consideran 2.1 CA.
Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales ó superiores de
refrigeración, se consideran 4.2 CA.
2.10.12 MÉTODO POR INFILTRACIÓN (PARA AIRE ACONDICIONADO).
Si tiene un lado expuesto al medio ambiente se considera 1 CA.
Si tiene dos lados expuestos al medio ambiente 1.5 CA.
Si tiene tres lados expuestos al medio ambiente 2.0 CA.
Si tiene cuatro lados expuestos al medio ambiente 2.5 CA.
Si se tienen instalaciones de uso pesado se deben multiplicar el valor de los cambios de
aire por 2. Para el caso de almacenamiento con uso prolongado el valor de cambio de aire se
multiplica por 0.6.
La cantidad de aire infiltrado esta dado por el siguiente modelo matemático:
( )( ) [ ]
hr
ft
Espacio
Infiltrado uso
hr
CA
V
3
*
)
(
=
ν
Donde:
Infiltrado
ν = cantidad de volumen infiltrado en hr
ft3
.
Espacio
V = Volumen de la cámara.
hr
CA = Cantidad de aire que se infiltra por hora a la cámara.* para los cambios de aire consultar la
tabla anexo 4.
Uso = Tipo de uso al que estará sometido la cámara para lo cual esta dividido en dos que son:
Uso pesado por efecto de infiltración = 2
Uso pesado por efecto de producto = 0.6

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