2.

Cálculo de la carga térmica

2.1. Carga térmica por transmisión

Para calcular la carga térmica por transmisión deben de estimarse para los
cálculos en función de la posición del encerramiento, el sentido del flujo de
calor y la situación del encerramiento. Los valores son obtenidos a partir de la
siguiente tabla:

El beneficio de calor sensible por paredes, piso, y el techo es calculado en

estado estable como:

Q1=UA ∆ T Ecu . 1
Donde:

q = ganancia de calor, W

A = área de la sección exterior, m3

∆ T = diferencia entre la temperatura ambiente exterior e interior, K

El coeficiente universal de transferencia de calor de la pared, el piso, o el techo

puede ser calculado por la siguiente ecuación:

1
U= Ecu . 2
1 x 1
+ +
hl k h 0

donde

W
U = coeficiente universal de transferencia de calor total,
m2 ∙ K

x = espesor de la pared, m

W
k = conductividad térmica de calor de la pared,
m2 ∙ K

W
hl = conductancia térmica de la superficie interna,
m2 ∙ K

W
h0 = conductancia térmica de la superficie externa,
m2 ∙ K

W
El k es el k del poliisocianurato que tiene un valor de 0.027
m∙ K

Pero para poder seguir con los cálculos se debe de conocer el valor de h i y h0 y
estos se obtiene de una tabla de resistencias térmicas superficiales.

Para la pared norte, sur y oeste, su 1/hi = 0.13, según la tabla.

1 1 W
U= = =0.1326
1 x 0.2 m2 ∙ K
+ 0.13+
hl k 0.027
Para la puerta de la cámara, su 1/hi = 0.13, según la tabla.

1 1 W
U= = =0.1326
1 x 0.2 m2 ∙ K
+ 0.13+
hl k 0.027

Para su techo, su 1/hi = 0.17, según la tabla.

1 1 W
U= = =0.1319
1 x 0.2 m2 ∙ K
+ 0.17+
hl k 0.027

Para el suelo, su 1/hi = 0.10, según la tabla.

1 1 W
U= = =0.1332
1 x 0.2 m2 ∙ K
+ 0.10+
hl k 0.027

Área de la puerta del cuarto frigorífico.

Se escogerá una puerta corrediza con un área de 1.834 m 2

Orientación Corrección T_ext_co (°C)

Pared posterior 0,7*T_ext 22,4
Pared lateral derecha 0,4*T_ext 12,8
Pared lateral izquierda 0,8*T_ext 25,6
Techo 12 + T_ext 44
Suelo (T_ext -6) 26
 Se procede a ocupar la Ecu.1 para encontrar la carga térmica por transmisión:

Q1=UA ∆ T

Cámara U [W/(m^2∙K)] A (m^2) T_ext (K) T_int (K)  ΔT (K) Q(W)
Norte 0,1326 18,605 295,55 273,15 22,4 55,2613152
Sur 0,1326 18,605 287,95 273,15 14,8 36,5119404
Oeste 0,1326 22,326 298,75 273,15 25,6 75,7869466
Techo 0,1319 69,76875 317,15 273,15 44 404,909918
Suelo 0,1323 69,76875 299,15 273,15 26 239,990546
Puerta de la cámara 0,1326 1,834 285,95 273,15 12,8 3,11281152

Q1=815.5734 W

2.2. Carga térmica del producto.

Punto de congelación = -1.6°C

Cp por debajo del punto de congelación = 1.97 kj/kg°C

Calor latente: 302 kj/kg

Calor que se absorbe para enfriar desde la temperatura inicial hasta el punto de
congelación del producto:

Q 2=mC p ( T 1−T f ) Ecu .3

kj
(
Q 2=( 1000 kg ) 1.97
kg ° C )
∗ ( 18−(−1.6 ) ) ° C=38,612 kj

Calor removido para congelar el producto:

Q3=mhif Ecu. 4

kj
(
Q 3=( 1000 kg ) 302
kg)=302,000 kj

Calor quitado para enfriar desde el punto de congelación hasta la temperatura

final debajo de punto de congelación:

Q 4 =mCp2 (T f −T 3 )

kj
(
Q 4 =( 1000 kg )∗ 4.01
kg ° C )
∗(−1.6−(−2 ) ° C )=1,604 kj
La capacidad de refrigeración requerida para productos traídos en el
almacenaje es determinada a partir del tiempo asignado para el retiro de calor y
asume que el producto correctamente es expuesto para quitar el calor en aquel
tiempo. El cálculo es:

Q 2 +Q 3 +Q 4
Q́=
3600 n

38,612 kj+302,000 kj+1,604 kj

Q́= =3.9608 kw
3600 (24 h)

2.3. Carga térmica interna

Carga térmica aportada por persona:

La gente se añade a la carga de calor en proporciones que dependen de

factores como la temperatura ambiente, el tipo de trabajo hecho por la persona,
el tipo de vestir llevado, y el tamaño de la persona, para nuestro caso se
asignarán a dos operarios para la carga y descarga del contenido del cuarto
frigorífico. La carga de calor de una persona puede ser estimada como:

q∗n∗t
Q p=
24

q = calor por persona en (W)

n = número de personas en la cámara

t = tiempo de permanencia en horas/día

El calor q por persona puede ser calculado por la siguiente tabla:

Dado que no tenemos el valor de calor equivalente/persona para una
temperatura de -2°C se hará uso de la interpolación lineal.

De esta manera se sabe que el valor de q a una temperatura de -2°C tiene un

valor de 282 W y para el valor del tiempo t asumiremos que los operarios
cargan o descargan en un periodo de 2 horas.

282 W∗2∗2 h
Q p= =47 W
24 h

Carga térmica aportada por la iluminación:

Basado en criterios estandarizados con respecto a la iluminación en pasillos de

trabajo y considerando lo que expertos indican, se estima utilizar 10 ampolletas
led, las cuales no serán utilizadas todas a la vez salvo algún caso especial,
pero para efectos de cálculo se consideran todas en funcionamiento, cada
ampolleta Leds que cuentan con una capacidad de 8 W y la carga térmica se
puede calcular con la siguiente ecuación:

p∗t
Qi=
24

W ∗2 horas
Q i=8 =0.66 W ∗10 lamparas leds=6.67W
24 horas

2.4. Carga térmica por infiltración de aire

La carga térmica a evacuar de un recinto frigorífico debida a la infiltración de

aire es una variable que incluye aquellas renovaciones que técnicamente son
aconsejables para la buena conservación del producto, como las infiltraciones
de aire a través de las puertas, cuando estas se encuentran abiertas. Para
calcularla utilizamos las siguientes ecuaciones:

Q r =V∗ρ∗N∗∆ h
Necesitamos conocer datos como la temperatura media del exterior e interior,
humedad relativa exterior e interior y la densidad del aire. Para el caso de la
humedad relativa exterior se usará los informes brindados por INETER 2020-
2021 que se pueden observar en las siguientes tablas:

El valor de la humedad relativa del brócoli a -2°C es de 95% por lo que se

procede a usar tabla psicométrica online llamada herramientas de ingeniería y
sc.ehu.es para realizar los cálculos correspondientes.

Para Hrext se tiene una Hr = 0.83 con Tbs = 27°C

kj
Hr ext =74.9
kg

Para Hrint se tiene una Hr = 0.95 con Tbh = -2°C

Hr kj
∫ ¿=5.60 kg ¿

Ahora se procede a calcular el número de renovaciones de aire en función del

volumen de la cámara frigorífica para nuestro caso la cámara frigorífica tiene
dimensiones de (2.4384*9.144*7.62) mt = 170m 3
Como no tenemos el valor para 170m 3 se procede a hacer una interpolación
para saber el valor:

Y con eso se procede a calcular la carga por infiltración de aire:

kg kj kj 1h 1
(
Q r =( 170 m 3 )∗ 1225
m )
3 (
∗ ( 6.32 )∗ 74.9 −5.60
kg )(
kg
∗ )( )
3600 s
∗
24 h

Qr =1,055.65W

2.5. Carga térmica relacionada al equipo

Es el trabajo debido al trabajo de los motores y las maquinas en el cuarto

frigorífico que usualmente es el trabajo causado por los motores del
evaporador, este no convierte toda la energía en trabajo por lo que parte de ella
desprende en calor y dicho calor se debe contar para el calculo de las cargas
térmicas, aunque también es correcto afirmar que hay que tomar en
consideración cualquier equipo que este dentro del cuarto y desarrolle trabajo
dentro del cuarto.

Dado que no se conoce previamente el número de las horas de funcionamiento

y tampoco se conoce la potencia de los motores del ventilador se hace una
aproximación de 5 a 8% para ( Q 1+Q́ +Qr) ya que en la práctica es bastante
certero:

Q Eq=0.8 [ ( 815.5734 W ) + ( 3,960.8 W ) + ( 1,055.65 W ) ]

Q Eq=4,665.6187 W

3. Especificaciones del cuarto frio

3.1. capacidad de refrigeración

Para definir nuestra capacidad de refrigeración se hace en base a una tonelada

métrica de Brócoli, ya que todos los cálculos anteriormente están basados en
dicha cantidad:

Tipo de carga Total, en W

Transmisión 815.5734
Producto 3,960.80
interna 53.67
Infiltración de aire
1055.65
Relacionada al equipo
4,665.62
Total 10551.3121

Total, de cargas = 10,551.3121 W

Para ello se debe utilizar un factor de seguridad de 10 % para considerar la

mínima omisión o inexactitud (seguridad adicional o reserva que puede estar
disponible desde el funcionamiento del compresor y la carga promedio). Y con
un tiempo de operación de 22 h durante el día, así:
10,551.3121 W
Carga de refrigeración=
22h

Carga de refrigeración=479.6057 W
 W
Incluyendo el factor de 10 %=527.6057
h

Tipo y espesor del aislante

El aislante que se utilizará será poliisocianurato ya que su conductividad

térmica es baja y su resistencia al calor es muy buena en caso de accidentes.
Y para el espesor se indicó de acuerdo a la temperatura de almacenamiento de
0°y que corresponde a un espesor de 4 pulgadas. por ahorro en el costo de
equipos, refrigeración y de energía es necesario duplicar el tamaño del material
aislante, se hace esto para reducir el coeficiente global de transmisión de calor
y obtener una disminución del 20 % de la capacidad total del equipo, además
ayudará a bajar el costo de energía eléctrica a largo plazo.

En la selección del espesor en el techo se debe incrementar en un 30% el valor

del espesor por la tempera de la luz solar durante en todo el día.

Tabla 1 espesor de aislante

Cámara Espesor (pulgadas)

Paredes 8
techo 10
Puerta 8

Temperatura Espesores
°C 2” 3” 4” 5” 6” 7” 8” 9” 10” 11” 12”
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Tabla1. espesos y temperatura.

Espesor de pared
El piso será de concreto. El material de paredes y techos será poliuretano. Su
espesor se determinará por la tabla de espesor y temperatura, como la
temperatura será de °0 el espesor será de 8 pulgadas por el incremento del
aislante por la razón de costos y energía ya pensionado anterior mente.

Ilustración. Panel de poliisocianurato

4. Equipos principales y periféricos

Los equipos en el cuarto frieron para el almacenamiento de brócoli se pueden

basar en un ciclo de termodinámico sencillo como es el ciclo de refrigeración.
4.1. Compresor

Requerimos de un compresor deseñado para aplicaciones de refrigeración y

aire acondicionado con refrigerantes como R404A y R507A, R407C y R22,
pero también con refrigerantes de menor GWP como R134a, R407A / R407F,
R448A, R449A y R452A. y que cubren las necesidades en el rango de 0.5 kW
a 10 kW.

4.1.2. Evaporador

Se seleccionó un evaporador tipo cubo ya que esta optimizado para la carga de

refrigerante que necesitamos, demás estos evaporadores incluyen una doble
bandeja con aislamiento entre las dos bandejas para evitar la formación de
hielo (en baja temperatura) y con recogida de condensados superficiales para
evitar su precipitación a la cámara. Las resistencias de desescarche van
dispuestas en la bandeja, e imbricadas en la batería, en este caso dentro de
una vaina para protegerla.

Serie KC: Unidades evaporadoras de tipo cúbico para refrigeración a media y

baja temperatura, con pasos de aleta de 4 y 6 mm y potencias de 4,5 a 26,2
kW en media temperatura, y 2,3 a 11,3 kW en baja.

4.1.3. Válvula de expansión

Requerimos de una válvula de expiación termostáticas que son desarrolladas

para regular la inyección de refrigerante líquido a los evaporadores. Esta
inyección de refrigerante estará siempre regulada por un elemento termostático
que está situado en la parte superior de la válvula de expansión la cual es
controlada en función del recalentamiento del refrigerante.

4.1.4. Tablero eléctrico

El tablero eléctrico es la parte principal para el manejo del sistema de
refrigeración, en el mismo se encuentran todos los dispositivos de seguridad y
maniobra de los circuitos eléctricos de la instalación.

4.1.5. Manómetros de alta y baja presión

Links:
https://es.slideshare.net/frankonirvana/diseo-de-una-cmara-frigorfica-para-el-
almacenamiento-y-la-conservacin-de-papayas
https://www.perfinor.com/wp-content/uploads/2016/05/cubierta-poliisocianurato-
1.pdf
https://refridcol.com/eleccion-de-aislamiento-termico-para-cuartos-frios/
https://books.google.com.ni/books?
id=fF5IDgAAQBAJ&pg=PA39&dq=resistencias+termicas+superficiales+de+cerr
amientos+en+contacto+con+una+partici%C3%B3n+interior+y+exterior&hl=es-
419&sa=X&ved=2ahUKEwjQx7_uh4LxAhVeMlkFHQYiDtkQ6AEwAHoECAIQA
g#v=onepage&q=resistencias%20termicas%20superficiales%20de
%20cerramientos%20en%20contacto%20con%20una%20partici%C3%B3n
%20interior%20y%20exterior&f=false
http://repobib.ubiobio.cl/jspui/bitstream/123456789/793/1/Vasquez_Benavides_
Jos%C3%A9_Leonardo.pdf
https://www.camarasfrigorificas.es/blog/las-antecamaras-como-elemento-de-
ahorro-energetico-en-las-instalaciones-frigorificas/
https://books.google.com.ni/books?
id=vBS_GwIrE1MC&pg=PA6&dq=el+brocoli+es+una+hortaliza+de+clima+frio+
o+caliente&hl=es-
419&sa=X&ved=2ahUKEwiE1N2v4YPxAhVpmeAKHUQsBlYQ6AEwAXoECAIQ
Ag#v=onepage&q=el%20brocoli%20es%20una%20hortaliza%20de%20clima
%20frio%20o%20caliente&f=false
https://deymerg.files.wordpress.com/2013/07/manual-de-datos-para-
ingenierc3ada-de-alimentos.pdf
https://www.seminis.mx/blog-algunos-consejos-para-la-siembra-de-
brocoli/#:~:text=Esta%20hortaliza%20es%20t%C3%ADpica%20de,a%20los
%2035%20%C2%B0C.
https://www.refriplast.com/blog/lamparas-led-para-cuartos-frios/
https://slideplayer.es/slide/11889657/
http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/CartaPsy.htm
https://www.herramientasingenieria.com/onlinecalc/spa/psicrometricos/psicrom
etricos.html
http://www.climayoreo.com/blog/c%C3%A1lculo-de-cargas-t%C3%A9rmicas
https://www.ineter.gob.ni/boletines/Boletin
%20climatico/mensual/2020/BoletinClimatico062020.pdf