Cálculo de Equipos de Refrigeração

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO 
 
 
“TESIS CURRICULAR” 
 
 
CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE 
REFRIGERACIÓN PARA UN ESPACIO QUE SERVIRÁ 
PARA REFRIGERAR LECHE, LOCALIZADO EN 
TLALNEPANTLA EDO. DE MÉXICO 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: 
INGENIERO MECÁNICO 
 
 
P R E S E N T A 
 
 
 ISLAS MEDINA ARIANA 
 
 
 
ASESOR: 
ING. LÓPEZ MALDONADO AGUSTÍN 
 
 
MEXICO, D.F. FEBRERO 2009 
 
 
 
 
 
 
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Capitulo 1: GENERALIDADES 
 
 
1.1 Breve historia de la refrigeración. ………………………………………………………...3 
 
1.2 Tipos de refrigeración. …………………………………………………………………….5 
 1.2.1 Refrigeración doméstica……………………………………………………………….6 
1.2.2 Refrigeración comercial……………………………………………………………….6 
1.2.3 Refrigeración industrial………………………………………………………………..6 
1.2.4 Refrigeración marina…………………………………………………………………..6 
 
 
1.3 Sistemas de refrigeración. …………………………………………………………………6 
1.3.1 Sistema de enfriamiento………………………………………………………………...7 
1.3.2 Sistema de refrigeración………………………………………………………………...7 
1.3.3 Sistema de congelación………………………………………………………………….7 
1.3.4 Sistema criogénico………………………………………………………………………7 
 
 
1.4 Sistemas de refrigeración mecánico por compresión de vapores………………………...8 
1.4.1 Sistemas de refrigeración directo………………………………………………………..9 
1.4.2 Sistemas de refrigeración indirecta…………………………………………………….10 
1.4.3 Diagrama Presión-Entalpía (diagrama de Mollier)…………………………………….10 
 1.4.4 Ciclo básico del sistema de refrigeración (aplicación, operación, esquemas)…………11 
 
 
1.5 Conceptos básicos. ………………………………………………………………………...14 
1.5.1 Termodinámica………………………………………………………………………..14 
1.5.2 Principio 0 de la termodinámica………………………………………………………14 
1.5.3 Primer principio de la termodinámica………………………………………………...14 
1.5.4 Segundo principio de la termodinámica………………………………………………15 
 1.5.4 Energía………………………………………………………………………………...15 
1.5.6 Fuerza………………………………………………………………………………...15 
1.5.7 Presión…………………………………………………………………………………16 
1.5.8 Presión atmosférica……………………………………………………………………16 
1.5.9 Presión manométrica………………………………………………………………….16 
1.5.10 Presión absoluta………………………………………………………………………16 
1.5.11 Estado de la materia…………………………………………………………………..17 
1.5.12 Proceso termodinámico………………………………………………………………17 
1.5.13 Ciclo termodinámico…………………………………………………………………17 
1.5.14 Calor…………………………………………………………………………………17 
 
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 1.5.15 Calor específico………………………………………………………………………17 
1.5.16 Cálculo de la cantidad de calor………………………………………………………18 
 
1.5.17 Transferencia de calor.....………………………...…………………………………...18 
1.5.18 Conducción……………………………………………………………………………18 
1.5.19 Convección……………………………………………………………………………19 
1.5.20 Radiación……………………………………………………………………………..19 
1.5.21 Calor sensible………………………………………………………………………...19 
1.5.22 Calor latente…………………………………………………………………………..19 
1.5.23 Calor total…………………………………………………………………………… 20 
1.5.24 Calor latente de fusión………………………………………………………………. 20 
1.5.25 Calor de evaporación…………………………………………………………………20 
1.5.26 Calor de sublimación…………………………………………………………………20 
 1.5.27 Entalpía……………………………………….……………………………………...21 
1.5.28 Entropía………………………………………………………………………………21 
1.5.29 Volumen……………………………………………………………………………..21 
1.5.30 Volumen específico…………………………………………………………………..21 
1.5.31 Temperatura…………………………………………………………………………..22 
1.5.32 Punto de ebullición…………………………………………………………………...22 
1.5.33 Refrigerante………………………………………………………………………… 22 
1.5.34 Sobrecalentamiento…………………………………………………………………..23 
1.5.35 Subenfriamiento……………………………………………………………………...23 
1.5.36 Tonelada de refrigeración…………………………………………………………….23 
 
Capitulo 2: ANALISIS ENERGETICO. 
 
2.1 Análisis del proyecto.........................................................................................................24 
2.2 Condiciones de diseño.......................................................................................................24 
2.3 Características del producto...............................................................................................25 
2.4 Condiciones de almacenamiento........................................................................................27 
2.5 Volumen de almacenamiento.............................................................................................28 
2.6 Dimensiones del espacio por refrigerar..............................................................................28 
2.7 Materiales de construcción.................................................................................................29 
2.8 Calculo de la carga térmica.................................................................................................29 
 2.8.1 Definición de balance térmico.....................................................................................29 
 2.8.1.1 Carga térmica generada por producto....................................................................29 
� Calor sensible...........................................................................................30 
� Calor latente..............................................................................................31 
 2.8.1.2 Carga térmica generada por transmisión a través de paredes...............................32 
• Conductancia de la capa superficial de aire (película de aire).........................33 
• Calculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared 
compuesta de varios materiales.......................................................................34 
• Coeficiente de conductividad térmica.............................................................35 
 2.8.1.3 Calculo de la carga térmica generada por alumbramiento y equipo.....................35 
 
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 2.8.1.4 Calculo de la carga térmica generada por infiltración..........................................36 
� Método por apertura de puertas (para refrigeración)...................................36 
 
� Método por apertura de puertas (para aire acondicionado).........................37 
 2.8.1.5 Calculo de la carga térmica generada por ocupantes..........................................37 
 2.8.1.6 Calculo de la carga térmica generada por el efecto solar...................................38 
 2.8.1.7 Calculo de la carga térmica total........................................................................38 
 2.8.2 Método de cálculo....................................................................................................39 
 2.8.2.1 Cantidad de calor generado por producto..........................................................39 
 2.8.2.2 Cantidad de calor generado por transmisión a través de paredes.....................40 
 2.8.2.3 Cantidad de calor generado por alumbramiento y equipo.................................47 
 2.8.2.4 Cantidad de calor generado por infiltración......................................................48 
 2.8.2.5 Cantidad de calor generado por ocupantes........................................................50 
 2.8.2.6 Cantidad de calor generado por efecto solar......................................................512.8.2.7 Evaluación de la carga térmica..........................................................................52 
 
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PROLOGO 
 
 
 
 En el presente trabajo se menciona la importancia que tiene para el hombre, contar con 
sistemas de refrigeración lo más eficiente posible, para la conservación de productos 
alimenticios en nuestro caso leche. 
 
En el primer Capítulo trata, de los conceptos básicos, se hace mención de una breve historia de 
la refrigeración. El segundo capitulo se realizan los cálculos para cuantificar la carga térmica 
que se genera para el espacio por refrigerar. 
 
En el tercer Capítulo se da una breve explicación de la selección y el cálculo de los equipos, 
para comprender mejor el funcionamiento de los sistemas de refrigeración y del diagrama de 
Mollier que es de gran importancia y ayuda en el diseño de estos sistemas. 
 
Y por último se finaliza con un Programa de Mantenimiento que se le debe de dar a los equipos 
para su correcto funcionamiento y que cumplan con su vida útil. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUCCIÓN 
 
 
 
Se considera que la refrigeración es parte de la vida diaria de las naciones y es esencial para el 
funcionamiento eficiente de la industria. Su uso para la preservación de alimentos y control de 
procesos industriales sea vuelto una parte indispensable de nuestra tecnología. 
 
Se entiende por 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 correspondiente. 
 
Por lo tanto, el termino refrigeración implica en términos generales el concepto de eliminar calor 
a un sólido, líquido, gas, etc. Sin embargo este termino será aplicado al efectuar procesos de 
enfriamiento a temperaturas cercanas o por debajo 0ºC (32ºF). Y esto se logra debido a que el 
calor eliminado del producto refrigerado es transferido a un fluido que esta a menor temperatura 
que el producto a refrigerar. 
 
Hoy en día una de las aplicaciones de mayor importancia de la refrigeración es la industria 
alimenticia ya que más de tres cuartos de los alimentos utilizados se producen, empacan, 
embarcan, almacenan y conservan mediante la refrigeración. Millones de toneladas de 
alimentos a nivel mundial se guardan en almacenes, recintos y plantas empacadoras y de 
procesamiento todos ellos conservados por medio de la refrigeración. 
 
Un ejemplo claro de estos es la conservación de los lácteos ya que éstos una vez elaborados 
deben de entrar a una cámara de refrigeración, y después distribuirlos en algún transporte 
refrigerado para que se conserven en el estado optimo hasta ser distribuidos al consumidor 
final. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPITULO 1. 
GENERALIDADES. 
 
 
1.1 Breve historia de la refrigeración. 
 
La historia de la refrigeración data de épocas tan remotas como los registros históricos. El hombre de las 
cavernas de la edad de piedra, supo lo que era el hielo, pero no tenía idea sobre el uso del mismo para 
preservar los alimentos. Miles de años después, las civilizaciones antiguas utilizaban la refrigeración en 
forma natural. 
 
Los emperadores romanos hacían que los esclavos transportaran el hielo y la nieve desde las montañas, 
con el fin de utilizarlos para preservar alimentos y disponer de bebidas frías en la estación cálida. Pero 
estas fuentes naturales de refrigeración eran limitadas, si se piensa en su ubicación, temperatura y la 
distancia que se podían transportar. 
 
Alrededor de 1850 se empezaros a desarrollar los medios para producir refrigeración utilizando 
maquinaria, a los que se les dio el nombre de refrigeración mecánica. 
 
Actualmente, la industria de la refrigeración constituye un sector vasto y esencial de cualquier sociedad 
tecnológica, con ventas anuales que ascienden a miles de millones de pesos. 
 
Sucesos importantes: 
1755 William Cullen obtuvo una pequeña cantidad de hielo por evaporación de agua en vacío, Gran 
Bretaña. 
1824 Richard Trevitik escribe la tesis “la producción del frío artificial”, Sadi Carnot escribe sus reflexiones 
sobre el motivo del poder calorífico. 
1830 Notas encontradas de Sadi Carnot sobre la equivalencia de trabajo y calor por su hermano, 
después de su muerte y que no fueron publicadas sino hasta el año de 1878. 
1834 Jacov Parkinson (Londres) inventó la máquina compresora para refrigeración que utilizaba como 
fluido de trabajo éter etílico. 
1842 Transportan de manera informal pescado, mantequilla y productos avícolas en vagones con hielo 
natural. 
1844 John Gorrie usó su máquina de ciclo de aire para enfriar cuartos en el hospital de Apalachicola, 
Florida. 
1859 F. Carré manufactura hielo mediante compresores de éter. 
1862-1863 Manufactura comercial de hielo en Francia y E.U. usando la máquina de absorción de Carré. 
1866 En E.U. se transporta por primera vez fresas mezcladas con hielo (Parker Earle).En Francia Edmon 
Carré diseña el primer equipo de refrigeración comercial usando vapor de agua en vacio (con ácido 
sulfúrico licuado) 
1868 Vagones de refrigeración utilizan hielo mezclado con sal, patentado por D.W. Davis en Detroit, 
E. U. 
1873 David Boyle, desarrolla el primer compresor para refrigeración que tiene como fluido de trabajo el 
amoniaco. 
1878 Primera morgue refrigerada. 
1898 Críoconcentración de soluciones farmacéuticas, por fracciones congeladas y separación centrífuga. 
1901 Primer tren refrigerador ruso (planta de Linde), segundo en 1908 (planta de Humboldt) 
1911 Carrier realiza su diagrama de aire húmedo para el cálculo de instalaciones de aire acondicionado 
1935 Paul Becwerel (Francia) en asociación con el laboratorio de criología de Leyden, experimentan con 
temperaturas de refrigeración muy bajas en ciertos organismos vivientes. 
 
 
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1950 Estudios concentrados en la criopreservación de esperma humano. En 1953, 300 bebes 
americanos nacieron de esperma congelado. 
1954 Se intentaron congelar córneas. En 1963 un transplante exitoso hecho por F. O. Mueller (Gran 
Bretaña) utilizando una córnea congelada. 
 
Para obtener lo anterior, debió retirarse calor del cuerpo que se refrigeraba, transfiriéndolo a otro cuerpo 
cuya temperatura se encuentre debajo de la del refrigerado. 
 
En los orígenes de la refrigeración mecánica, el equipo disponible era voluminoso, de alto costo y baja 
eficiencia. Era también de tal naturaleza, que limitaba la atención de un mecánico o ingeniero de 
operación en servicio continuo. Esto limitaba el uso de la refrigeración mecánica a unas cuantas 
aplicaciones de gran tamaño, por ejemplo: plantas de hielo, plantas empacadoras y grandes almacenes. 
 
En el espacio de una cuantas décadas, la refrigeración se ha desarrollado hasta convertirse en la gran 
industria que es a la fecha. Este crecimiento se produjo mediante el desarrollo de métodos de precisión 
en la manufactura que dieron como resultado equipos más potentes y eficientes. 
 
Lo anterior fue complementado con el desarrollo de refrigerantes “seguros” y la introducción del motor 
eléctrico de potencia fraccional, haciendo posible la creación de pequeñas unidades de refrigeración 
utilizadas en refrigeradores y congeladores domésticos, pequeños acondicionadores de aire y aparatos 
comerciales. 
 
Aunado a las aplicaciones comúnmente conocidas como el acondicionamientode aire, congelación, 
conservación, transportación y exhibición de productos del ramo alimenticio, la refrigeración mecánica se 
utiliza actualmente en la manufactura de casi todos los artículos que se encuentran actualmente en el 
mercado. 
 
En general se define a la refrigeración como todo proceso de remoción de calor. 
 
Más específicamente, se define a la refrigeración como aquella rama de la ciencia que trata con el 
proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio material, debajo de la 
temperatura circundante. 
 
Es obvio que las aplicaciones de la refrigeración mecánica son numerosas como para dar una explicación 
detallada de cada una de ellas, pero una ventaja de apreciarse es que los métodos de cálculo, diseño y 
selección de equipos son prácticamente los mismos, considerando solo caracteres especiales de cada 
una de las diferentes aplicaciones 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2 Tipos de refrigeración. 
 
En la actualidad existen cinco tipos de refrigeración, los cuales son: 
� Domestica. 
� Comercial. 
� Industrial. 
� Aire acondicionado. 
� Marina. 
En la siguiente figura se puede observar algunas aplicaciones del campo de la refrigeración y sus usos 
principales. 
Figura 1.2(a) Aplicaciones y usos principales de la refrigeración. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2.1 Refrigeración doméstica. 
 
El campo de la refrigeración domestica esta limitado principalmente a refrigeradores y congeladores 
caseros. 
Las unidades domesticas generalmente son de tamaños pequeños teniéndose capacidades de potencia 
que fluctúan entre 1/20 y ½ HP. 
 
 
1.2.2 Refrigeración comercial. 
 
La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de refrigeración 
del tipo que se tienen 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 todos tipos. 
 
 
1.2.3 Refrigeración industrial. 
 
La refrigeración industrial a menudo es confundida con la comercial por que la división entre estas dos 
áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más grandes en 
tamañazo 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. 
 
 
1.2.4 Refrigeración marina. 
 
La refrigeración marina se refiere a la realizada a bordo de embarcaciones de transporte y cargamento, 
sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco. 
 
 
1.2.5 Refrigeración para 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. 
El acondicionamiento del aire es el proceso que enfría, limpia y circula el aire, controlando, además, su 
contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultánea. 
Como enfriar significa eliminar calor, otro termino utilizado para decir refrigeración, el aire acondicionado, 
obviamente este tema incluye a la refrigeración. 
 
 
1.3 Sistemas de Refrigeración. 
 
La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un producto, hasta llegar a 
un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son: 
 
� Enfriamiento. 
� Refrigeración. 
� Congelación. 
� Proceso Criogénico. 
 
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1.3.1 Enfriamiento. 
 
Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde +15°C a 2°C (56°F a 
35.6°F). Aún cuando en algunos casos existe una disminución de temperaturas hasta los 0°C (32°F), en 
este proceso nunca se presenta cambio de estado en la sustancia que se maneja solamente se elimina 
calor sensible. 
 
Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que no 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 Aire Acondicionado. 
 
 
1.3.2 Refrigeración. 
 
Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente inferiores de los 0°C a -
18°C (32°F a -0.4°F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y por lo tanto se elimina 
calor latente. 
Este proceso se utiliza para la conservación de productos llevando acabo procedimientos adecuados, se 
pueden mantener estos productos de 2 semanas hasta 1 mes aproximadamente. Es utilizado 
ampliamente en instalaciones domesticas, comerciales y de investigación. 
 
 
1.3.3 Congelación. 
 
Este proceso opera entre -18°C a -40°C (-0.4°F a -40°F) y en este proceso también existe cambio de 
estado en la sustancia y también por lo tanto se elimina calor latente. No obstante en algunos casos solo 
se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva congelada la carne en la transportación. Su 
principal utilidad es el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de conservación va desde 1 
mes hasta 1 año, dependiendo del producto y que procedimientos se empleen. 
 
 
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 líquido o contiene agua para enfriarlo posteriormente. 
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 su característica o 
condición muy crítica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.4 Sistema de refrigeración mecánico por compresión de vapores. 
 
Los sistemas de refrigeración mecánicos por compresión de vapores consisten básicamente de los 
equipos indispensables para obtener un ciclo termodinámico cerrado. 
 
A continuación en la figura 1.4 se muestran los procesos termodinámicos de evaporación, compresión y 
expansión. 
 
 
 
 
Figura 1.4 Ciclo mecánico por compresión de vapores. 
 
 
 
1.4.1 Elementos Fundamentales del Sistema de Refrigeración Mecánica. 
 
1. Válvula de expansión. Este es un dispositivo que dosifica y controla automáticamente el flujo del 
refrigerante en la línea del líquido al evaporador. Esta válvula recibe el refrigerante líquido a alta presión y 
suministra líquido refrigerante a baja presión. 
2. Evaporador. Es un serpentín cuya forma depende del tipo de enfriamiento deseado, ya que en su 
interior circula el refrigerante, el cual mediante la absorción del calor del medio que lo rodea se 
transforma del estado líquido al estado de vapor. 
 
 
 
 
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3. Compresor. Puede ser del tipo reciprocante, centrífugo o rotatorio, el cual tiene por objeto elevar la 
temperatura del gas refrigerante a un valor tal que su punto de condensación sea superior a la temperatura de 
los medios disponibles para que se realice la condensación. 
4. Condensador. Es un serpentín destinado a transformar el vapor refrigerantede alta presión, que 
proporciona el compresor, mediante el contacto con aire o agua del medio ambiente, en líquido refrigerante de 
alta presión. 
5. Tanque recibidor. Almacena el líquido refrigerante que sale del condensador para tenerlo disponible 
para el ciclo. 
6.- Filtro. Filtra las partículas y absorbe la humedad, ya que esta perjudica mucho cualquier sistema de 
refrigeración. 
 
1.4.2 Sistema de Refrigeración Directo. 
 
Es el que se lleva acabo colocando el evaporador en el espacio o cuerpo a enfriar como se muestra en la 
figura 1.4(a). 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4(a) Sistema de refrigeración directo, se realiza en el evaporador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.4.3 Sistema de Refrigeración Indirecto. 
 
Es aquel en el cual 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. 
 
En estos sistemas indirectos debe considerarse que la temperatura de la salmuera o refrigerante 
secundario que circula por un serpentín secundario de enfriamiento o a la salida del mismo espacio o 
producto a enfriar debe ser de 5º a 6º F como mínimo debajo de la temperatura del producto o espacio a 
enfriar. 
 
La elevación de la temperatura de la salmuera es de la entrada hasta la salida del serpentín, se calcula 
generalmente de 10ºF pudiéndose considerar en grandes plantas hasta de 15 a 20ºF. 
 
 
 
Figura 1.4 (b) Sistema de refrigeración indirecta, trabaja con dos refrigerantes. 
 
 
 
1.4.4 Diagrama Presión-Entalpía (Diagrama de Mollier) 
 
Un ingeniero en diseño revisa cuidadosamente los datos del refrigerante en forma de tablas y gráficas 
antes de seleccionarlo para una instalación determinada. 
 
Esta información puede presentarse gráficamente en forma de diagramas que son conocidos como 
Diagramas de Mollier o (P-H) estos graficarán la presión absoluta y la entalpía principalmente. 
 
Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y 
comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración. 
 
El ingeniero en diseño debe de utilizar el diagrama de Mollier para graficar los ciclos de refrigeración, 
sirve pera detectar problemas prácticos en las operaciones de un sistema. 
 
 
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El diagrama representa al refrigerante. Es una representación grafica de los datos contenidos en las 
tablas termodinámicas. El diagrama muestra los tres estados físicos diferentes. Las líneas de frontera 
convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual representa la 
condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores a la crítica el 
refrigerante puede existir solo en forma gaseosa. 
 
 
⇒ DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA (DIAGRAMA DE MOLLIER) 
 
En la siguiente figura 1.4 (c) se representa el diagrama Presión-Entalpía, en el cual aparecen 5 
propiedades básicas del refrigerante las cuales son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4 (c) Diagrama presión-Entalpía. 
 
 
1.- PRESIÓN: Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama. Las 
escalas 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. Se puede observar en 
la figura 1.4 (d). 
 
Figura 1.4 (d) Diagrama Presión-Entalpía con líneas de presión constante. 
 
 
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2.-ENTALPÍA: Las líneas de entalpía constante son verticales. En un proceso de flujo constante, tal como 
sucede en un ciclo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica por cada libra de 
refrigerante. Como se puede observar en la figura 1.4 (e). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4 (e) Diagrama Presión-Entalpía con líneas de entalpía constante. 
 
 
 
3.-TEMPERATURA: Por lo general las líneas de temperatura constate 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 muestran los puntos de 
intersección con las líneas de saturación, esto puede observarse en la figura 1.4 (f). 
 
 
 
Figura 1.4 (f) Diagrama Presión-Entalpía con líneas de temperatura constante. 
 
 
 
 
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4.-VOLUMEN ESPECÍFICO: Las líneas de volumen específico se extienden desde la línea de vapor 
saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un pequeño ángulo con la horizontal. Como se 
puede observar en la figura 1.4 (g). 
 
 
 
Figura 1.4 (g) Diagrama presión-entalpía con líneas de volumen específico. 
 
 
 
5.-ENTROPIA: Las líneas de entropía constante se extienden también desde la línea de vapor saturado 
hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con las líneas de vapor saturado. 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. Como se 
muestra en la figura 1.4 (h). 
 
 
 
Figura 1.4 (h) Diagrama Presión- Entalpía con líneas de entropía constante. 
 
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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. 
 
 
1.5 Conceptos básicos. 
 
� Termodinámica. 
 
La termodinámica se define como la ciencia de la energía, es decir, la termodinámica es la 
transformación de calor en potencia motriz. 
 
La termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos 
principios fundamentales de la naturaleza, llamados leyes de la termodinámica, varios de los cuales son 
básicos para el estudio de la refrigeración. 
 
 
� Principio Cero de la Termodinámica. 
 
Cuando los sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad 
se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico definido. Una consecuencia de ese hecho es el 
principio térmico de la termodinámica, que afirma que si dos sistemas distintos están en equilibrio 
termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí. Esta propiedad compartida 
en equilibrio es la temperatura. 
 
 
� Primer Principio de la Termodinámica. 
 
El primer principio es una ley de conservación de la energía. Afirma que, como la energía no puede 
crearse ni destruirse – dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y 
energía – la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor mas la cantidad de energía 
transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna del 
sistema. El calor y el trabajo son mecanismo por los que los sistemas intercambian energía entre sí. Este 
principio se puede observar en la figura 1.5 (a).Figura 1.5 (a) Calor y trabajo son formas equivalentes de variar la energía del sistema termodinámico. 
 
 
 
 
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� Segundo Principio de la Termodinámica. 
 
La segunda ley de la termodinámica da una definición precisa de una propiedad llamada entropía. La 
entropía se puede considerar como una medida de lo próximo o cuando no se halla un sistema de 
equilibrio; también se puede considerar como una medida del desorden del sistema. 
 
La segunda ley afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. 
Por lo tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no puede 
experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el 
caos. 
 
Se puede demostrar que el segundo principio implica que sí, no se realiza trabajo, es imposible transferir 
calor desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta. 
 
 
� Energía. 
 
Facultad que posee un sistema de cuerpos de proporcionar trabajo mecánico o su equivalente. 
El concepto de energía es básico, en la física clásica y en química, no hay creación ni destrucción de 
energía sino solo transformación de una forma en otra (principio de Lavoisier) o transferencia de energía 
de un sistema a otro (principio de Carnot). 
 
Es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de 
su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. 
 
 
� Fuerza. 
 
Es todo aquello que tenga tendencia a iniciar un movimiento de un cuerpo, hacer que cese dicho 
movimiento o cambiar de dirección. 
También puede cambiar el tamaño o forma del cuerpo. 
La fuerza mas conocida es el peso. El peso es una medida de la fuerza que ejerce la atracción de la 
gravedad sobre el mismo. 
 
F=ma 
Donde: 
F= fuerza 
m= masa 
a=aceleración 
 
 
 
Figura 1.5 (b) Aplicación de fuerza a un cuerpo. 
 
 
 
 
 
 
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� Presión. 
 
Es la fuerza ejercida por unidad de área Se puede describir como la medida de la intensidad de la fuerza 
en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. 
 
Siempre que la fuerza se encuentre distribuida uniformemente sobre un área dada la presión en cualquier 
punto de la superficie de contacto es la misma, y puede calcularse dividiendo la fuerza total aplicada 
entre el área total sobre la cual se aplica la fuerza. 
 
Esta relación se aplica con la siguiente ecuación: 
 
A
F
P � 
 
Donde: P= Presión expresada en unidades de fuerza por unidades de área. 
F= Fuerza total expresada en unidades de fuerza cualesquiera. 
A= Área total expresada en unidades de área cualesquiera. 
 
 
� Presión Atmosférica. 
 
El aire tiene peso y por consecuencia ejerce una presión sobre la superficie de la tierra, a esta presión se 
le conoce como presión atmosférica. 
 
 
El peso de una columna de aire con una sección transversal de 1 cm2 de la superficie de la tierra a nivel 
del mar es de 1.033 kg. Por lo tanto la presión de la atmósfera (aire) sobre la superficie a nivel del mar da 
como resultado 1.0333 kg/cm2 ó 14.696lb/pulg2 entendiéndose este valor como la presión atmosférica 
normal a nivel del mar. 
 
En realidad esta presión varía dependiendo entonces de la temperatura, humedad y algunos otros 
factores. Un factor trascendental es la altura sobre el nivel del mar, tenido así una relación de que a 
mayor altura menor presión atmosférica. 
 
 
� Presión Manométrica. 
 
Es la presión a la que se encuentra un fluido dentro de un recipiente. Es la presión que se lee en el 
manómetro. 
 
 
� Presión Absoluta. 
 
Se entiende por presión absoluta o real de un fluido a la suma de la presión atmosférica más la presión 
manométrica. 
Pabs = Patm +Pman 
 
 
 
 
 
 
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� Estado de la Materia. 
 
La materia puede existir en 3 fases o estados de agregación: sólido líquido y gaseoso. 
 
Muchos materiales, bajo las condiciones de presión y temperatura apropiadas, pueden existir en 
cualquiera de todas las formas físicas de la materia. La cantidad de energía que poseen las moléculas de 
la materia, determinan no solo la temperatura, sino también el estado físico y su temperatura. Dicho lo 
anterior se puede observar el la figura 1.5 (c). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5 (c) Estado de la materia. 
 
 
 
� Proceso termodinámico. 
 
El proceso, es cualquier cambio que experimente un sistema de un estado de equilibrio a otro y la serie 
de estados por los cuales pasa un sistema durante un proceso recibe el nombre de trayectoria del 
proceso. 
 
� Ciclo termodinámico. 
 
Es una secuencia de procesos termodinámicos, un ciclo esta formado por dos o mas procesos, un ciclo 
opera o evoluciona con sustancias activas y puede ser abierto o cerrado. 
 
� Calor. 
 
Es una forma de energía, por lo tanto se puede convertir en otra forma de energía y recíprocamente otras 
formas de energía se pueden convertir en calor. EL concepto popular de calor es que este es la energía 
interna de un cuerpo pero desde el punto de vista termodinámico, se define como energía de transición 
de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperaturas entre ambos. 
 
 
� Calor especifico. 
 
Es la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura de la unidad de masa de un material 
cualesquiera en un grado. 
 
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� Calculo de la cantidad de calor. 
La cantidad de calor que debe agregarse o retirarse a una masa, para obtener un cambio especificado en 
su temperatura puede calcularse usando la siguiente ecuación. 
 
TmCpQ ∆= 
 
 
Donde: Q= Cantidad de calor absorbido o entregado por el material. 
 m= Peso del material. 
 T1= Temperatura inicial. 
 T2= Temperatura final. 
 
El calor se divide en dos clases dependiendo del efecto producido sobre el material que lo absorbe o lo 
entrega. 
 
 
� Transferencia de Calor. 
 
En el estudio del calor, nos hemos referido que es una forma de energía en tránsito. Siempre que hay 
una diferencia de temperatura entre dos cuerpos o entre dos porciones del mismo cuerpo, se dice que el 
calor fluye en la dirección de mayor a menor temperatura. 
 
Existen tres métodos principales por medio de los cuales ocurre esta transferencia de calor: por 
conducción, convección o radiación, un ejemplo de las formas de transferencia de calor se observa en la 
figura 1.5 (d). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5 (d) Ejemplo de transferencia de calor. 
 
 
� Conducción. 
 
Se le llama así al proceso por el cual se transfiere energía térmica mediante colisiones de moléculas 
adyacentes a través de un medio material. El medio en sí no se mueve. Es el flujo de calor a través de 
una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto 
físico real. La conducción es una forma de transmisión de calor eficiente. 
 
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. No se comprende en su 
totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en 
parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de 
temperatura. Esta teoría explica porque los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos 
conductores de calor. 
 
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� Convección. 
 
Si existe una diferencia de temperatura en el interiorde un líquido o un gas, es casi seguro que se 
producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un 
proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un 
líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se 
encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido 
más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento debido exclusivamente a la no uniformidad de 
la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo al 
fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la 
mecánica de fluidos. 
 
 
� Radiación. 
 
Es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de radio, un ejemplo de radiación es la 
transmisión de energía solar a la Tierra. 
 
Existe poca radiación a bajas temperaturas, también cuando la diferencia de temperaturas entre los 
cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración. 
 
Sin embargo, la radiación al espacio o al producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el 
sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración. 
 
La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La 
transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura. 
 
� Calor sensible. 
 
Cuando el calor absorbido o entregado por un material causa o acompaña un cambio en la temperatura 
del material. 
Qs = m Cp TBS 
 
� Calor Latente. 
 
Es la cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase; existen calores latentes de 
sublimación, fusión y vaporización. 
 
Cuando el calor absorbido o entregado por un material produce un cambio físico del material y no tiene 
efecto alguno sobre la temperatura del mismo. 
 
QL= m HL 
 
� Calor Total. 
 
Es una condición particular, es la suma de todo el calor sensible y el calor latente requeridos para llevar 
un material a esta condición. Comúnmente es conocido como entalpía. 
 
QT = QS + QL 
 
 
 
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� Calor Latente de Fusión. 
 
Bajo un cambio de estado, la mayoría de las sustancias tendrán un punto de fusión, en el cual, ellas 
cambiarán de un sólido a un líquido sin algún incremento de temperatura. 
 
En este punto, si la sustancia esta en estado líquido y el calor se retira de ella, la sustancia se solidificará 
sin un cambio en su temperatura. El calor envuelto en uno u otro de estos (cambio de un sólido a un 
líquido, o de un líquido a un sólido), sin un cambio de temperatura se conoce como calor latente de 
fusión. 
 
 
� Calor Latente de Evaporación. 
 
Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a líquido se requiere calor latente de 
evaporación. Puesto que la ebullición es solo un proceso acelerado de vaporización, este calor también 
puede llamarse calor latente de ebullición, calor latente de evaporación o para el proceso contrario, calor 
latente de condensación. 
 
Cuando 1 kilo (1 libra) de agua hierve o se evapora, absorbe 539Kcal. (970BTU) a una temperatura 
constante de 100°C (212°F) al nivel del mar, igualmente, para condensar 1 kilo (1 libra) de vapor deben 
sustraerse 539Kcal. (970BTU). 
 
Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la condensación, la 
transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que 
afectan al agua se aplican también a cualquier líquido aunque a diferentes presiones y temperaturas. 
 
La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este calor para condensar 
nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica y la transmisión del 
calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración. 
 
 
� Calor Latente de Sublimación. 
 
El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a vapor sin pasar por el estado líquido, que 
puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo mas común es el uso del “hielo seco” o sea bióxido de 
carbono para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con hielo debajo 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 del calor latente de fusión más el calor latente 
de evaporación. 
 
 
� Entalpía. 
 
Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por 
ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor 
absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio 
de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de 
temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del 
sistema a presión constante. 
 
 
 
 
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� Entropía. 
 
Es la función de estado que mide el desorden de un sistema físico o químico, y por tanto su proximidad al 
equilibrio térmico. 
 
En cualquier transformación que se produce en un sistema aislado, la entropía del mismo aumenta o 
permanece constante, pero nunca disminuye. Así, cuando un sistema aislado alcanza una configuración 
de entropía máxima, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. 
 
En el caso de dos gases puros que no reaccionan químicamente entre sí, que se encuentren encerrados, 
a la misma presión y temperatura, en sendos recipientes comunicados por una llave de paso, al abrir 
está, las moléculas de cada gas comenzarán a pasar de un recipiente a otro, hasta que sus 
concentraciones en ambos se igualen. Todo este proceso transcurre sin variación de presión, 
temperatura o volumen; no se intercambia en él trabajo alguno, ni existe variación de energía, pero ésta 
se ha degradado en la evolución del sistema desde el estado inicial hasta el final. Es decir, el valor 
energético de un sistema no depende tan sólo de la materia y de la energía que contiene sino de algo 
más. Le energía se conserva, pero se va degradando a medida que la entropía del sistema aumenta. 
 
� Volumen. 
 
Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo 
en tres dimensiones: largo, ancho y alto. 
 
� Volumen especifico. 
 
Es el volumen que ocupa la unidad de masa de aire. 
 
� Temperatura. 
 
Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente. Su unidad en el 
Sistema Internacional es el kelvin (K) y en el sistema ingles grados Fahrenheit (°F). 
 
La temperatura es una propiedad de las sustancias que dependen de la velocidad de las moléculas del 
cuerpo. Las moléculas son las partículas que constituyen la estructura de las sustancias. Mientras mayor 
es la velocidad molecular, más alta es la temperatura. Se puede observar en la figura 1.5 (e) las escalas 
de temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5 (e) Escalas de temperatura. 
 
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� Punto de Ebullición. 
 
El punto de ebullición de una sustancia es la temperatura que debe alcanzar, para pasar del estado 
líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación. 
 
La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. A 
temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficietiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. 
Al llegar al punto de ebullición la mayoría de las moléculas es capaz de escapar desde todas partes del 
cuerpo, no solo la superficie. 
 
 La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso de ebullición, y el aporte de más energía 
sólo produce que aumente el número de moléculas que escapan del líquido. Este hecho se aprovecha en 
la definición de la escala de temperatura en grados centígrados. 
 
 
� Refrigerante. 
 
Son compuestos químicos que son alternativamente comprimidos y condensados a la fase líquida y luego 
se les permite expandir vapor o gas cuando son bombeados a través del sistema de un ciclo de 
refrigeración mecánica. De otra forma se puede decir que los refrigerantes son sustancias químicas o 
naturales que se usan para absorber calor por evaporación o ebullición, del estado líquido al estado de 
vapor y eliminar calor del estado de vapor al estado líquido por condensación. Se emplean muy diversos 
refrigerantes y la selección de uno determinado depende de las condiciones bajo las que se debe hacer 
trabajar. 
 
� Sobrecalentamiento. 
 
Se define como el número de grados por encima de la temperatura de saturación del vapor 
sobrecalentado. Es el calentamiento excesivo de un cuerpo. 
En un sistema real de refrigeración, a menudo el refrigerante sale del evaporador en una condición de 
sobrecalentado. 
 
� Subenfriamiento. 
 
Se le denomina así cuando tenemos que la temperatura del líquido es inferior a su temperatura de 
saturación (punto de ebullición), decimos que tenemos un líquido subenfriado. 
 
 
� Tonelada de Refrigeración. 
 
Aún en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeración, la cual es realmente una 
unidad americana en el efecto frigorífico de la fusión del hielo. La tonelada de refrigeración puede 
definirse como la cantidad de calor latente absorbida por la fusión de una tonelada corta de hielo sólido 
puro en 24 horas, puesto que el calor latente de fusión de 1 libra mas de hielo es de 144 BTU, el calor 
latente de una tonelada (2000 libras) de hielo sería 144 X 2000, o sea 288000 BTU por 24 horas. 
 
Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre 24 horas, lo cual da una cantidad de 12000 
BTU/hora, que a su vez recibe el nombre de “Tonelada de Refrigeración”. 
 
Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es de 80 Kcal y que una tonelada americana 
es igual a 907.185 kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 3.024Kcal/hora. 
 
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CAPITULO 2. 
ANALISIS ENERGETICO. 
 
2.1 Análisis del proyecto. 
 
En este proyecto se desarrolla el cálculo de un espacio frío para refrigerar leche que estará ubicado en 
Tlalnepantla, Estado de México. 
 
El proyecto consta de cuatro capítulos, en el cual se describe cada punto que los conforma. En el capitulo 
uno se describió a grandes rasgos los conceptos básicos de termodinámica que son fundamentales para 
poder comprender y llevar a cabo este proyecto. 
 
En el capitulo dos se hace un estudio de todo el balance térmico y una descripción de las características 
principales del producto a refrigerar. En este capítulo es necesaria la utilización de las tablas en el 
apartado de anexos. 
 
 
2.2 Condiciones de diseño. 
 
Lugar: TLANEPANTLA, EDO. DE MEXICO. 
 
Dimensiones de la cámara (espacio frío): 
Largo: 118.1088 ft = 36 m 
Ancho: 62.3352 ft = 19 m 
Alto: 24.606 ft = 7.5 m 
 
Temperaturas exteriores: 
TBS = 90ºF = 32ºC 
TBH =63ºF = 17ºC 
 
Altitud: 8202.075 ft = 2500 m 
Humedad relativa: 55% 
Aislamiento térmico: Paneles de poliuretano. 
Producto: Leche 
Temperatura de entrada del producto a la cámara: 46.4 ºF =8º C 
Temperatura de almacenamiento: 33 ºF =1ºC 
Calor específico arriba del punto de congelación: 0.93 BTU/Lb.ºF 
Calor especifico abajo del punto de congelación: 0.49 BTU/Lb. ºF 
Calor latente de fusión: 2189.6964 BTU/Lb 
Punto más alto de congelación: -33.8 ºF 
Capacidad de almacenaje: 220460 Lb 
Flujo diario de producto: 132276 Lb 
Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica: 16 hr. 
Número de personas que trabajan dentro de la cámara:4 
Número de montacargas que trabaja dentro de la cámara: 2 
Potencia del montacargas: 7.504 Hp 
Motores eléctricos dentro de la cámara: 9 motores de 0.99964 Hp cada uno (746watts c/u) 
Número de lámparas en la cámara de refrigeración: 14 
Capacidad de cada lámpara: 200 Watts 
 
 
 
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2.3 Características del producto. 
 
La leche es un líquido nutritivo de color blanquecino, producido por las hembras de los mamíferos. Esta 
capacidad de las hembras es una característica que define a los mamíferos. 
La principal función de la leche es la de alimentar. 
 
La leche es la base de numerosos productos lácteos, como la mantequilla, el queso o el yogur. 
Numerosos subproductos de la leche son utilizados en las industrias agroalimentarias, químicas y 
farmacéuticas; leche concentrada, leche en polvo, caseína o lactosa. 
 
La leche está compuesta principalmente por agua, materia grasa, proteínas, hidratos de carbono (lactosa) 
y calcio. 
Como ya se ha mencionado anteriormente, la leche es un líquido blanco mate y ligeramente viscoso, 
donde la composición y las características físico-químicas varían sensiblemente según las especies 
animales, la raza, varían en el curso del periodo de lactancia, así como en el curso de su tratamiento. 
 
La leche de vaca tiene una densidad media de 1,032 g/ml. Es una mezcla muy compleja y muy inestable. 
Contiene una proporción importante de agua, cerca del 87%. El resto constituye el extracto seco que 
representa 130 g por litro, entre los que está 35 a 45 g de materia grasa. Otros componentes principales 
son los glúcidos lactosa, las proteínas y los lípidos. Los componentes orgánicos (glúcidos, lípidos, 
proteínas, vitaminas), los componentes minerales (Ca, Na, K, Mg, Cl) y el agua. Las sustancias orgánicas 
están presentes en cantidades más o menos iguales y constituyen la principal fuente de energía. Su PH 
es ligeramente ácido (PH comprendido entre 6.6 y 6.8). 
La leche entera de vaca es una importante fuente de vitaminas (vitaminas A, B, D3, E). 
 
 Un vaso de 250 ml aporta la cantidad diaria recomendada de: 
• Calcio 44% 
• Vitamina A 20% 
• Vitamina D 50% 
 
Algunos consideran que el consumo de leche puede causar problemas, ya que la leche de vaca por sus 
proteínas y calcio es difícilmente asimilable por la especie humana, ya que esta está adaptada al 
estómago del ternero. 
Algunos posibles problemas que puede causar el consumo de leche a determinadas personas es: 
• Intolerancia a la lactosa, debido al déficit de lactasa, enzima digestiva que hidrolizaría la lactosa 
en glucosa y galactosa. 
• Alergia a la leche o, más específico, Alergia a la Proteína de la Leche de Vaca (APLV). 
• Intolerancia a la Proteína de la Leche de Vaca (IPLV). 
 
Las variedades de leche son: 
• Leche fluida (entera): 
Se entiende con éste nombre a la leche a granel higienizada, enfriada y mantenida a 5°C, sometida 
opcionalmente a terminación, pasteurización y/o estandarización de materia grasa, transportada en 
volúmenes de una industria láctea a otra para ser procesada y envasada bajo normas de higiene. 
La leche fluida entera puede ser sometida a procedimientos de higienización por calor. 
 
 
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Procesos de ultra alta temperatura (UAT ó UHT), que consisten en llevar la leche homogenizada a 
temperaturas de 130° a 150°C durante 2 a 4 segundos, permiten higienizarla de forma apropiada y de 
manera que estas puedan llegar en forma segura al consumidor. 
Las leches pueden ser modificadas en su contenidograso. 
Propiedades de la leche 
Calorías 59 a 65 kcal Agua 87% al 89% 
Carbohidratos 4.8 a 5 gr. 
Proteínas 3 a 3.1 gr. 
Grasas 3 a 3.1 gr 
Minerales 
Sodio 30 mg. Fósforo 90 mg. 
Potasio 142 mg. Cloro 105 mg. 
Calcio 125 mg. Magnesio 8 mg. 
Hierro 0.2 mg. Azufre 30 mg. 
 Cobre 0.03 mg. 
• En cuanto a las vitaminas, la leche contiene tanto del tipo hidrosolubles como liposolubles, 
aunque en cantidades que no representan un gran aporte. Dentro las vitaminas que más se 
destacan están presentes la riboflavina y la vitamina A. La industria lechera ha tratado de suplir 
estas carencias expendiendo leches enriquecidas por agregado de nutrientes. 
Por su alto contenido de agua, la leche es un alimento propenso a alteraciones y desarrollo 
microbiano, por eso siempre debe conservarse refrigerada y respetando su fecha de vencimiento. 
 
2.4 Condiciones de almacenamiento y conservación. 
 
La leche no sería apta para su comercialización y consumo sin ser sometida a ciertos procesos que 
aseguraran que la carga microbiológica está dentro de unos límites seguros. Por eso, una leche con 
garantías de salubridad debe haber sido ordeñada, con métodos modernos e higiénicos de succión en los 
cuales no hay contacto físico con la leche. Después de su ordeño ha de enfriarse y almacenarse en 
tanque de leche en agitación y transporte en cisternas isotermas hasta las plantas de procesado. 
 
En dichas plantas, ha de analizarse la leche antes de su descarga para ver que esta cumple con unas 
características óptimas para su consumo. 
 
Entre los análisis, están los fisicoquímicos para ver su composición en grasa y extracto seco, entre otros 
parámetros, para detectar los posibles fraudes por aguado, los organolépticos, para detectar sabores 
extraños y los bacteriológicos, que detectan las bacterias patógenas y la presencia de antibióticos. Estos 
pasan a la leche procedente de la vaca en tratamiento veterinario y a su vez pasan al consumidor. La 
leche que no cumple con los requisitos de calidad, debe ser rechazada. 
 
Una vez comprobado su estado óptimo, es almacenada en pulmones de gran capacidad y dispuesta para 
su envasado comercial. 
 
 
 
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26
 
 
Previo a su envasado, la leche sufre diferentes procesos físico-térmicos según su destino. Estos son, los 
más importantes: 
• Desnatado o descremado: es un proceso físico que consiste en la separación por centrifugado de 
la materia grasa del resto de la leche, quedando por un lado la nata o crema y por otro la leche 
descremada o desnatada, para posterior normalización o ajuste del contenido graso del producto. 
• Homogenización: es un proceso físico destinado a reducir el tamaño del glóbulo grasos que 
evitarán los fenómenos de separación de grasa láctea. Al disminuirse el tamaño, como efecto 
secundario, se dispersa la luz, dándole un color blanco más intenso. 
• Pasteurización o pasterización: es un proceso térmico no excesivamente severo para con los 
componentes nutritivos, destinado a provocar la muerte de los organismos patógenos. La 
pasterización moderna consiste en calentar la leche a 80 ºC/30 s. Este calentamiento debe ser 
seguido de un rápido enfriamiento a 4 ºC. Esta pasterización garantiza la práctica destrucción de 
todos los microorganismos no esporulantes y no altera sensiblemente sus características. 
• UHT (Ultra High Temperature): es un proceso térmico que consiste en exponer la leche durante 
un corto lapso de tiempo a una temperatura que oscila entre 135 y 140 ºC y seguido de un rápido 
enfriamiento. Esto se hace de una forma continua y en recinto cerrado que garantiza que el 
producto no se contamine. Igualmente que el anterior, este proceso no altera notablemente los 
sabores de la leche. 
La refrigeración es indispensable para el mantenimiento de la calidad inicial de la leche: 
Permite detener o limitar la proliferación de la flora bacteriana, y evita las alteraciones de los 
componentes de la leche utilizados en transformación. 
Influencia de la refrigeración en la calidad de la leche: La leche constituye para cierto número de 
especies bacterianas un medio en el que se presentan distintos parámetros favorables para su 
crecimiento. La temperatura es un parámetro que interviene bien como factor de inhibición, bien 
como factor de proliferación: Por consiguiente, la temperatura y el tiempo durante el cual la leche se 
almacena durante la producción van a intervenir de manera importante en la proliferación o no de las 
bacterias presentes. 
 
2.5 Volumen de almacenamiento. 
 
El volumen de almacenamiento de nuestro espacio por refrigerar es calculado con las dimensiones de la 
cámara de refrigeración, el largo, ancho y alto. Así tenemos un volumen de almacenamiento de 
181157.6315 ft3 = 5130 m3 
 
 
2.6 Dimensiones del espacio por refrigerar. 
 
Dimensiones de la cámara (espacio frío): 
Largo: 118.1088 ft = 36 m 
Ancho: 62.3352 ft = 19 m 
Alto: 24.606 ft = 7.5 m 
 
 
 
 
 
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27
 
 
2.7 Materiales de construcción. 
 
Para las paredes: 
- Ladrillo común 
- Poliuretano 
 
Para el techo: 
- Losa de Concreto 
- Poliuretano 
 
Para el piso: 
- Concreto 
- Loseta 
 
Para las puertas: 
- Poliuretano 
- Lamina de acero rolado 
 
 
 
2.8 Cálculo de la carga térmica. 
 
2.8.1 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 objeto 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. Este cálculo solamente se realizara para verano por ser la condición crítica. 
 
En general se puede decir que se tienen las siguientes cargas parciales: 
 
1) Carga térmica generada por el producto. 
2) Carga térmica generada por transmisión a través de paredes. 
3) Carga térmica generada por alumbrado y equipo. 
4) Carga térmica generada por infiltración. 
5) Carga térmica generada por ocupantes. 
6) Carga térmica generada por efecto solar. 
 
 
1) Concepto de 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. 
 
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28
 
 
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 criogénica). 
� Tipo de calor a eliminar (calor sensible, calor latente o ambos). 
 
� Calor sensible. 
 
La temperatura se abate sin que haya un cambio de estado físico en el producto o sustancia. Este 
parámetro se puede determinar de la siguiente forma. 
 
Tmcq pASA ∆= 
Tmcq pBSB ∆= 
Donde: 
 
=SAq Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar o retirar al producto arriba del punto de 
congelación. (BTU) 
 
=SBq Es la cantidad de calor sensible que hayque eliminar o retirar al producto abajo del punto de 
congelación. (BTU) 
 
m = Cantidad de masa del producto.(lb) 
=pAc Calor especifico arriba del punto de congelación. 
Flb
BTU
º−
 
 
=pBc Calor especifico abajo del punto de congelación. 
Flb
BTU
º−
 
 
=∆T Diferencia de temperaturas entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final. (ºF) 
 
En el diagrama 2.8 (a) se muestra la forma en que la temperatura se abate sin que haya un cambio de 
estado físico. 
 
 
Diagrama 2.8 (a). Abatimiento de calor sensible. 
 
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29
 
 
� Calor latente. 
 
La temperatura se mantiene constante y hay un cambio de estado físico en el producto o sustancia. La 
ecuación que define el calor latente es: 
LL mHq = 
Donde: 
 
=Lq Calor latente de fusión o cambio de estado. (BTU) 
=m Cantidad de masa del producto para el cambio de estado. (lb) 
=LH Calor latente de fusión del producto. 
lb
BTU
 
 
En el diagrama 2.8 (b) se puede observar como la temperatura se mantiene constante y existe un cambio 
de estado físico. 
 
 
Diagrama 2.8 (b). Abatimiento de calor latente. 
 
Existen ocasiones donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al mismo tiempo, por lo que 
de esta combinación el resultado será con la ecuación: 
 
)()()(
SBLSATOT
qqqQ −+−+−=− 
 
Lo anterior se puede observar en el diagrama 2.8 (c) 
 
 
Diagrama 2.8 (c) Abatimiento de calor sensible y calor latente. 
 
 
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30
 
 
2) Concepto de carga térmica generada por transmisión a través de paredes. 
 
Este concepto se calcula con el siguiente modelo matemático: 
 
TAUQ ∆= 
hr
BTU
 
 
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 hacía 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. Véase 
figura 2.8 (d). 
 
 
Figura 2.8 (d) Transmisión de calor a través de paredes compuestas de un material. 
 
 
La cantidad de calor que fluye a través de una pared d espesor “e”, se calcula de la siguiente manera. 
kTT
e
A
q )( 21 −= 
hr
BTU
 
 
En donde: 
 
Q = Cantidad de calor transmitido. 
hr
BTU
 
A = Área de transmisión. (ft2) 
k = Coeficiente específico de conductividad térmica. 
hrFft
BTU
−−º2
 
e = Espesor de la pared. (pulg.) 
 
T1 y T2 = Temperatura a ambos lados de la pared. (°F) 
 
 
 
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31
 
 
 
En el caso del cálculo para el suelo, la temperatura exterior no será la misma, por lo tanto se deberá 
calcular de la siguiente forma: 
 
2
diseñoext
sueloext
TT
T
+
= [ ºF ] 
 
 
El coeficiente específico de conductividad térmica (k) es numéricamente igual a la cantidad de calor que 
pasa por una placa de material considerado de 1 ft2 de sección por 1 pulg. De espesor cuando existe 1 °F 
de diferencia de temperatura entre sus 2 caras en 1 hr. 
 
Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que se transmite a fluye a través de las 
paredes compuestas de un solo material. 
 
 
 
• Conductancia de la capa superficial de 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 ƒ1 para superficies 
exteriores y ƒ2 para las superficies interiores, se expresa en el sistema métrico en Kcal/hr. m
2 °C o en el 
sistema ingles en BTU/hr-ft2-°F. 
 
Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de 1.65 para ƒ2 para paredes 
interiores casi sin movimiento de aire, y ƒ1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos hasta 24 
Km./hr (15mi./hr.) ó en su defecto calcular dichos valores mediante las siguientes expresiones: 
 
 
ƒ = 1,6 + 0.3 v (para paredes lisas) 
 
 
ƒ = 2.0 + 0.4 v (para paredes medianamente rugosas) 
 
 
ƒ = 2.1 + 0.5 v (para paredes muy rugosas) 
 
 
En donde “v” es la velocidad del aire en 
hr
Millas
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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32
 
 
• Cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta de 
varios materiales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.8 (e) Transmisión de calor a través de una pared compuesta por varios materiales. 
 
 
54321 qqqqqQ ++++= (BTU/hr) 
 
1
1
313111
ƒ
)()(ƒ
A
q
TTTTAq =−→−= . 
 
1
22
43143
1
2 )()(
Ak
eq
TTkTT
e
A
q =−→−= . 
 
2
23
54254
2
3 )()(
Ak
eq
TTkTT
e
A
q =−→−= . 
 
3
34
65365
3
4 )()(
Ak
eq
TTkTT
e
A
q =−→−= 
 
2
5
262625
ƒ
)()(ƒ
A
q
TTTTAq =−→−= 
 






++++=−
23
3
2
2
1
1
1
21
ƒ
1
ƒ
1
)(
k
e
k
e
k
e
A
Q
TT 
 
 
 
T1 
T5 
T4 
T3 
T2 
ƒ1 ƒ2 
Q 
k1 k2 k3 
e1 e2 e3 
Flujo 
térmico 
 
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33
 
 
 
• Coeficiente de conductividad térmica total. 
 
La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared 
compuesta de dos o más materiales que separan a dos fluidos que se encuentran a diferentes 
temperaturas. 
 
UTTAQ )( 21 −=
hr
BTU
 
 






++++
=
23
3
2
2
1
1
1
ƒ
1
ƒ
1
1
k
e
k
e
k
e
U 
 
En donde: 
 
Q= calor transferido. 
hr
BTU
 o 
hr
Kcal
 
 
A= área expuesta al flujo de calor.(ft2 ò m2) 
 
U=coeficiente de conductividad térmica total. 
Ffthr
BTU
º2 −−
 o 
Cmhr
kcal
º2 −−
 
 
∆T= diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el inferior (ºC ò ºF) 
 
 
 
3) Concepto de la carga térmica generada por alumbrado y equipo. 
 
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 eso cede 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. 
 
Q alumbrado = (No. De lámparas) (watts de cada lámpara)(3.415) = (BTU/hr) 
 
 
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: 
 
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34
 
 
1. Si el motor y la maquina se encuentra en el interior del espacio enfriado, el calor cedido será igual 
al de la siguiente expresión: 
 
hrBTU
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: 
 
hrBTUNQequipo /)415.3)(746( == 
 
 
3. Si el motor esta dentrodel espacio y la maquina fuera, el calor emitido será: 
 
hrBTUN
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: 
 
)/( hrBTUQQQ BAAyE += 
 
4) Concepto de la carga térmica generada por 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 de que el aire interior del espacio se 
cambiara un determinado numero de veces por hora, a este 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 distingamos 2 grupos: 
 
Espacios con volúmenes altos (más de 200 ft3) 
 
Espacio con volúmenes bajos (menos de 200 ft3) 
 
 
 
 
 
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35
 
 
Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina de la siguiente 
manera: 
 
 
� Método por apertura de puertas (para refrigeración) 
 
Para congeladores ò diseños mas bajo a esta condición se consideran 2.1 CA. 
Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales ò superiores de refrigeración, 
se considera 4.2 CA. 
 
Si se tiene 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. 
El calor a eliminar en el aire se obtendrá (para el caso del método de apertura de puertas) a partir de la 
carta psicrométrica, de aquí se toman los valores de la entalpía total del aire exterior correspondiente al 
valor de su volumen especifico y del mismo modo para el aire interior, la ecuación que define la cantidad 
de calor del aire en función de la magnitud será: 
 
eriorT
erior
iltrado
aire H
V
Q int
int
inf
int
υ
=
hr
BTU
 
 
exteriorT
exterior
iltrado
extaire H
V
Q
υ
inf=
hr
BTU
 
 
Entonces el calor infiltrado es: 
 
intinf QQQ ext −=
hr
BTU
 
 
 
 
5) Concepto de la carga térmica generada por ocupantes. 
 
El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad esta desprendiendo calor, aun cuando no realice 
actividad física, el simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente para que 
se libere calor. La energía calorífica cedida por los ocupantes esta en función directa de la actividad que 
desarrolle en el interior del espacio. 
 
Existen valores determinados, para ciertas actividades que se pueden desarrollar en el área a tratar, los 
cuales se localizan para su uso practico en tablas. Los valores que se muestran en estas tablas como el 
equivalente del calor por persona (ECPP) es la suma del calor sensible mas su correspondiente calor 
latente. 
 
Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el equivalente de calor por 
persona en la tabla, de acuerdo con la temperatura interior del espacio, y multiplicarlo por el número de 
ocupantes 
ECPPxOcupantesdeNoQocupantes .= 
hr
BTU
 
En donde: 
ECPP= Equivalente de calor por persona. 
 
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36
 
 
 
6) Concepto de la carga térmica generada por el efecto solar. 
 
 
Este cálculo se debe a la incidencia de los rayos solares y se calcula exclusivamente para las paredes o 
superficies afectadas en la hora crítica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre la 
superficie de un espacio refrigerado originan el calentamiento de estos, lo cual implica el paso del calor el 
interior del espacio. El efecto solar esta relacionado con las siguientes características: 
 
• Rugosidad de la superficie en la que incide 
• El ángulo de incidencia e intensidad de los rayos solares. 
• La constantes proporcional del color de la superficie 
 
Las características anteriores afectan la refracción de la radiación solar, lo cual puede ocasionar un 
aumento en la ganancia de calor en el interior del espacio por este concepto. Para el cálculo de la 
radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar, se puede 
calcular suponiendo que el medio ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real y se puede 
obtener mediante la expresión matemática general de la transmisión de calor: 
 
TAUQ ′∆=
hr
BTU
 
 
)(int FTTT diseñodecorregidaext °−=′∆ 
 
)( FTTT tablasextcorregidaext °∆+= 
 
tablasT∆ se obtiene considerando el calor y orientación de la superficie afectada. 
 
7) Concepto de la carga térmica total. 
 
Después de realizar los cálculos anteriores se procede a efectuar la suma de cada punto calculado, a fin 
de obtener la carga térmica total y de esta forma poder conocer la cantidad de calor que deberá 
retirársele a nuestro espacio y/o producto a refrigerar. 
 
Entonces tenemos que: 
 
� Carga térmica generado por el producto. 
� Carga térmica generado por transmisión a través de paredes. 
� Carga térmica generado por alumbrado y equipo. 
� Carga térmica generado por infiltración. 
� Carga térmica generado por ocupantes. 
� Carga térmica generado por efecto solar. 
 
Por lo tanto: 
solarefectoocupiltequipoyalumbparedestransprodT QQQQQQQ +++++= ..inf...
hr
BTU
 
 
Para poder realizar el cálculo de la transmisión de calor, a continuación se ilustra el dimensionamiento del 
espacio por enfriar. 
 
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37
 
 
 
2.8.2 Método de cálculo 
 
� Cálculo de la carga térmica generado por el producto. 
 
Para realizar el cálculo de nuestro balance térmico se procede a conocer los datos necesarios los cuales 
serán proporcionados por nuestro equipo de enfriamiento secundario y mediante las siguientes formulas 
podremos obtener nuestra carga térmica total. 
TCpmq
AA
∆= l 
Donde: 
Aq = es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de congelación. 
(BTU) 
m = cantidad de masa de producto (lb) 
ACp = calor especifico arriba del punto de congelación 
Flb
BTU
º−
 
∆T = diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final (º F) 
 
Se tomara esta formula debido a que solo se disipara calor sensible, o sea que no habrá ningún cambio 
de estado físico, de modo que nuestro calculo será de la siguiente forma: 
 
hr
BTU
 
A continuación se realizaran los respectivos cálculos a cada uno de nuestros intercambiadores de calor, 
para poder obtener así la carga térmica que tendrá que ser disipada por nuestro sistema de refrigeración. 
 
Para este primer cálculo tenemos como datos: 
 
Producto: leche 
T entrada = 46.4 ºF = 8ºC 
T almacenamiento = 33 ºF (ver tabla 2 de anexos)= 1ºC 
Valor de calores específicos de la tabla 6 de anexos. 
=pAc 0.93 BTU/lb. ºF 
=pBc 0.49 BTU/lb. ºF 
=LH 2189.69 BTU/lb 
m = 220460 lb 
Tiempo de trabajo = 16 hr 
 
Se toma el valor de la capacidad de almacenaje entre el tiempo de trabajo para abatir la carga térmica: 
 
 
 
 
 
 
 
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La diferencia de temperatura: 
CFT
FFT
TTT entradaentoalmacenami
º25º4.13
º4.46º33
−=−=∆
−=∆
−=∆
 
 
 
 
El proceso se puede graficar como se observa en la figura 2.8 (f). 
 
 
 
Figura 2.8 (f) Grafica de abatimiento de calor sensible.