Cámaras frigoríficas 2015

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL 
FACULTAD REGIONAL RESISTENCIA 
 
 
 
 
CARRERA INGENIERIA QUIMICA 
CATEDRA TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA 
CAMARAS FRIGORIFICAS 
 
 Dr. Ing. Marcos Maiocchi – UTN - FRRe 
 Ing. Jorge Romero – Egresado UTN – FRRe – 
 
MMXIV 
 
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Contenido 
 
Balances de materia materia y energía, coeficiente de rendimiento .................................................. - 3 - 
Fluidos refrigerantes........................................................................................................................... - 4 - 
Propiedades .................................................................................................................................... - 4 - 
Selección del fluido refrigerante ..................................................................................................... - 4 - 
Denominación comercial de los refrigerantes ................................................................................ - 5 - 
Componentes del sistema .................................................................................................................... - 6 - 
Evaporador ..................................................................................................................................... - 6 - 
Compresor: ..................................................................................................................................... - 7 - 
Condensador: .................................................................................................................................. - 8 - 
Válvula de expansión: ..................................................................................................................... - 9 - 
Dimensionado de una cámara frigorífica - Método de cálculo .......................................................... - 9 - 
Cálculo de las frigorías/h necesarias para una cámara................................................................. - 9 - 
Bibliografía, fotos y casos a resolver: .............................................................................................. - 12 - 
 
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Balances de materia y energía, coeficiente de rendimiento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
o Carga de enfriamiento    tonshBtukWq .24/. 
o Compresor  23 HHmqw   
o Condensador  13 HHmqc   
o Evaporador  12 HHmqe   
o Coeficiente de rendimiento
23
12
HH
HH
COP


 
o Caudal de refrigerante 
12 HH
q
m

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fluidos refrigerantes 
Propiedades 
 Freón 12 Freón 22 Clorometano Amoníaco 
Fórmula química CCl2F2 CHClF2 CH3Cl NH3 
Peso molecular 120,9 86,5 50,5 17,0 
Punto ebullición (°C) a 101,3 kPa -29,8 -40,8 -23,8 -33,3 
Presión de evaporación a -15°C (kPa) 182,7 296,4 145,5 236,5 
Presión de condensación a 30°C (kPa) 744,6 1203,0 653,9 1166,5 
Punto de congelación (°C) a 101,3 kPa -153,7 -160,0 -97,8 -77,8 
Temperatura crítica (°C) 112,2 96,1 142,8 132,8 
Presión crítica (kPa) 4115,7 4936,1 6680,3 11423,4 
Temperatura de descarga del compresor (°C) 37,8 55,0 77,8 98,9 
Relación de compresión (30°C / -15°C) 4,07 5,06 4,48 4,94 
Calor latente de vaporización a -15°C (kJ/kg) 161,7 217,7 420,3 1314,2 
Potencia /tn de refrigerante, ideal 1,002 1,011 0,962 0,989 
Refrigerante circulando /tn refrigeración 
(kg/s), ideal 
2,8 x 10
-2 
2,1 x 10
-2
 0,97 x 10
-2
 0,31 x 10
-2
 
Desplazamiento del compresor/tn de 
refrigeración (m
3
/s) 
2,7 x 10
-4
 1,7 x 10
-4
 2,8 x 10
-4
 1,6 x 10
-4
 
Estabilidad (prod. descomposición tóxicos) Si Si Si No 
Inflamabilidad No No Si Si 
Olor Etéreo etéreo etéreo Irritante 
Intervalo de temperatura en evaporador (°C) -73 a 10 -87 a 10 -62 a 10 -68 a -7 
 
Selección del fluido refrigerante 
Las condiciones que debe cumplir un buen fluido frigorífico son: 
1. Alto calor de evaporación (latente).El efecto frigorífico por m3 de vapor saturado 
aspirado del evaporador debe ser lo más elevado posible entre las temperaturas de llegada 
del líquido a la válvula de expansión y la temperatura de evaporación. Producir la mayor 
cantidad de frigorías por CV-h absorbido. Debe tener bajo calor específico al estado 
líquido con alta conductibilidad térmica. 
2. Debe tener una presión de condensación superior a la atmosférica sin que alcance 
valores muy altos cuando se encuentra en estado de vapor saturado a la temperatura 
reinante en el evaporador de la instalación. La presión de condensación no debe ser tan 
alta a la temperatura del agua o del aire disponible para la refrigeración del condensador. 
Las presiones de una heladera familiar o de un acondicionador de aire están en el orden de 
las 400 psig. 
3. La temperatura de congelación será lo mas baja posible. 
4. La temperatura crítica debe ser bastante mas elevada que la del agua o aire disponibles 
para la refrigeración de los condensadores. 
5. Debe ser inofensivo para la salud. 
6. No inflamable, ni explosivo, aun mezclado con aire. 
7. No corrosivo. No atacar a los metales que se emplean en la construcción de las 
instalaciones, ni aún en presencia de agua. 
8. Debe ser estable bajo cualquiera de las condiciones reinantes en la instalación. No debe 
alterar los lubricantes. 
9. Sus fugas deben localizarse fácilmente. 
10. Menor costo posible y fácil de adquirir. 
11. Mínimo impacto ambiental. 
 
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Denominación comercial de los refrigerantes 
 
ANSI ASHRAE Estándar 34-1978 
American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers 
D  I 
 
Hidrocarburos Halogenados 
 
Primer número a la derecha: Nº de átomos de flúor del compuesto. 
 
Segundo número a la derecha: Nº de átomos de hidrógenos mas uno. 
 
Tercer número a la derecha: Nº de átomos de carbono menos uno. Se omite cuando es igual a 0. 
 
Cuarto número a la derecha: Nº de enlaces dobles. Se omite cuando es igual a cero. 
 
Ejemplos: 
 
Clorofluorocarbonos: CFCs Hidrofluorocarbonos: HFCs Hidroclorofluorocarbonos: HCFCs 
 
Designación Numérica Denominación Fórmula Química 
12 Difluordiclorometano CF2C12 
22 Difluormonoclorometano CHF2C1 
114 Tetrafluordicloroetano CF2C1-CF2C1 
134 a 1,1,1,2-tetrafluoroetano CF3CH2F 
 
Mezcla azeotrópicas 
Son mezclas de refrigerantes halogenados que tienen propiedades particulares perdiendo la de las 
sustancias que las componen. 
El R 502 es una combinación de 48,8 % de R 22 y de 51,2 % de R 115. (CHF2C1/CClF2CF3) 
 
Hidrocarburos: 
Sigue el mismo método de los hidrocarburos halogenados 
 
50 Metano CH4 
170 Etano C2H6 
290 Propano C3H8 
 
Refrigerantes Inorgánicos 
Se expresan por un número 7 que precede a su peso molecular 
 
717 Amoniaco NH3 
718 Agua H2O 
729 Aire 
744 Dióxido de carbono CO2 
764 Dióxido de azufre SO2 
 
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Componentes del sistema 
 
 
Evaporador 
“cambio de estado, absorción de calor” 
 
Clasificación por: 
 
Medio de transferencia: 
 Expansión directa: ocurre en el serpentín, el que se encuentra en contacto con el medio a 
refrigerar 
 Expansión indirecta: utiliza un fluido portador que se conduce hacia el medio a enfriar (agua, 
salmuera, soluciones glicoladas). 
 
 
Construcción 
 Tubo desnudo 
 Tubo aletado 
 placas 
 
Circulación del fluido refrigerante: 
 Expansión directa 
 Inundado 
 
 
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Compresor: 
“aumento de presión y temperatura, fuerza impulsora para ceder calor” 
Clasificación: 
 Alternativo: -hasta 100 tn de refrigeración- 
 Centrífugo: impulsor con múltiples paletas, girando a elevada rpm 
 Rotatorios : aspas que giran dentro de un cilindro 
 
Accionamiento: 
 Motor eléctrico 
 Motor de combustión interna 
 
 
Análisis para un compresor: CAPACIDAD 
 Desplazamiento del pistón 
 Holgura entre el pistón y el cilindro al final del recorrido 
 Tamaño de las válvulasde aspiración y descarga 
 Revoluciones por minuto 
 Tipo de refrigerante 
 Presión de aspiración y descarga 
 Variación de la capacidad: variando las rpm, bypass entre línea de alta presión y baja presión, 
sacando de operación parte de los cilindros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Condensador: 
“cesión de calor latente desde el refrigerante a otro medio” 
 
Clasificación: 
 Enfriados por agua 
 Enfriados por aire 
 Valorativos (aire y agua) 
 
 
Enfriados por agua: 
 de doble tubería (tubos concéntricos) 
 de carcasa y tubos 
 de carcasa y serpentín 
 
 
Refrigerados por aire: 
 De placas 
 De tubos aletados 
 Evaporativos: efecto spray utilizando una bomba y circulación de aire por medio de 
ventiladores. 
 
 
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Válvula de expansión: 
“control del flujo de líquido hacia el evaporador” 
Clasificación: 
 V. de expansión manual 
 V. automáticas de flotador de baja 
 V. automáticas de flotador de alta 
 V. automáticas de expansión 
 V. de expansión de termostática 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dimensionado de una cámara frigorífica - Método de cálculo 
 
Cálculo de las frigorías/h necesarias para una cámara 
 
 Abordaremos el tema considerando que el equipo de frío deberá ser capaz de compensar el 
ingreso da calor al sistema, cuyos orígenes son: 
 
 1. Filtraciones a través de la aislacion (A) 
 2. Entrada de aire exterior a la cámara (B) 
 3. El producto que debe ser enfriado (C) 
 
 
Cálculo de A: 
Se halla la superficie exterior de la cámara sumando el área del piso, paredes y techo. 
Se multiplica esta superficie el número correspondiente de la tabla I, y el resultado hallado es 
aproximadamente el calor total, expresado en kilocalorías, que se introducirá por la aislacion 
en 24 horas. 
 
 
 
 
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TABLA I 
 
Espesor de aislante equivalente 
(mm) 
Diferencia entre temperatura interior 
y exterior a la cámara 
20ºC 25ºC 30ºC 35ºC 40ºC 50ºC 
102 329 373 418 461 510 583 
127 262 299 332 370 407 467 
152 220 251 278 308 340 388 
178 189 213 241 265 292 335 
203 165 187 210 232 256 294 
 
Cálculo de B: 
 
Cada vez que se abre la puerta de una cámara, ingresa una cierta cantidad de aire 
caliente que debe ser enfriado. Esto origina un trabajo extra del equipo frigorífico que puede 
ser estimado en base a la tabla II. Esta permite estimar en forma aproximada, la cantidad de 
calor que se introduce en la cámara cada 24 horas, de acuerdo al volumen y a la temperatura de 
la misma. En estos valores ya se ha incluido la influencia del número de veces que se abre la 
puerta en el uso de una cámara. 
 
TABLA II 
Calor ganado por la cámara en 24 horas (Kcal). Temperatura exterior (30ºC) 
 
Volumen de la Cámara (m
3
) Temperatura de la Cámara (ºC) 
0º -15º -30º 
5 3800 5825 7555 
10 5180 7800 10400 
20 7050 10600 14100 
30 9250 13900 18600 
50 10600 15900 21200 
100 15800 28400 31600 
500 32600 49000 65000 
1000 44000 64000 88000 
 
Cálculo de C: 
 
El producto a enfriar entra en la cámara a una temperatura que deberá ser disminuida 
hasta un valor determinado. Esto significa que deberemos extraer al producto una cierta 
cantidad de calor que dependerá de dos factores principales: 
 a) Clase del producto. 
 b) Temperatura inicial y final del producto. 
Debe tenerse en cuenta muy especialmente la temperatura de congelamiento de los 
productos antes de proceder a cualquier cálculo. 
La fórmula general a emplear cuando se desea obtener la cantidad de frigorías 
necesarias para enfriar un kg de producto, es: 
 
Cantidad de frigorías =    fcce ttFEttD  
Donde D y F son calores específicos (D antes de congelado y F después de congelado) 
y E calor latente del congelamiento del producto. Las temperaturas consignadas son: 
 te: temperatura del producto al ingreso. 
 tc: temperatura de congelación del producto. 
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 tf: temperatura final que alcanza el producto. 
 
 Los valores D, E, F, y tc están en la tabla III. 
 
 Para enfriar el producto por sobre la temperatura de congelación, tendremos: 
 Cantidad de frigorías =  oe ttD  
 Donde to es la temperatura a que se desea llevar el producto. 
 Para el congelamiento de pescado por ejemplo, se deberá emplear la formula completa. 
 
 En la tabla III se puntualizan, además de los valores ya citados, las temperaturas y 
humedades relativas más convenientes para la conservación de alimentos. 
 
TABLA III 
 
Producto 
Temperatura de 
Almacenamiento(ºC) 
Humedad 
relativa 
Calor 
específico 
Kcal/Kg°C 
Calor 
Latente 
Kcal/Kg 
Temp. de cong. 
 Largo Corto % D F E °C 
Carne fresca grasa -10 3 a 5 88-92 0,60 0,35 43,9 -2,2 
Carne fresca magra -10 3 a 5 88-92 0,77 0,40 55,5 -1,7 
Duraznos 0,6 a 0 10 85-90 0,90 0,46 68,8 -1,7 
Helados ------- -17 a -12 -------- 0,78 0,45 53,3 -2,8 
Huevos 1,1 a -0,6 3 a 7 70-80 0,76 0,40 55,5 -2,8 
Leche 1 a 2 4 a 7 -------- 0,93 0,49 68,8 -0,6 
Manzanas -1 a 0 3 a 5 85-88 0,86 0,45 68,2 -2,2 
Mantecas ------- 4 a 7 -------- 0,64 0,34 8,3 -1,1 
Papas 2 a 10 7 a 15 85-90 0,82 0,43 61,6 -1,7 
Peras -2 a -0,6 4 85-90 0,86 0,45 65,5 -2,2 
Aves -10 -2 a 0 75-85 0,79 0,37 58,8 -2,8 
Queso 0 a 3 4 a 7 70 0,70 0,40 48 -8,3 
Pescado -15 -4 a -1 -------- 0,76 0,41 56 ----- 
 
Condiciones para los productos dentro de las cámaras 
 
 Dada una determinada cantidad de producto que debe ser enfriado; la primera incógnita 
que debemos resolver es el tamaño de la cámara. 
 En la tabla IV señalamos la cantidad de kilogramos de diversos productos que caben en 
un metro cúbico de la cámara. 
 
TABLA IV 
 
Productos Tipo Empaque Dimensiones 
Empaque 
Kg. Bruto /m³ kg. Neto / m³ 
Carne vacuna reses enfriadas 
reses congeladas 
--------- 
--------- 
--------- 
--------- 
60 
150 
Frutas Cajones de 
madera 
50x30x30 cm. 300 264 
Huevos Cajones de 
maderas 
68x33x30 310 240 
Papas Sacos/bolsas ----------- 360 350 
Pollos Cajones de 
madera 
40x29x14 cm. 400 360 
Queso Hormas -------------- -------------- 50 
 
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 No obstante los datos de la tabla IV, es siempre más exacto el resultado de un estudio 
hecho de acuerdo a las específicas necesidades del usuario. 
 
 
Bibliografía: 
 
o American Society of Heating, Refrigerating and Air Condiotioning Engineers, Inc. 1981. 
ASHRAE Handbook. 
o Singh P., Heldman D. Introducción a la ingeniería en alimentos. Ed Acribia.1998. 
 
 
 
 
 
 
 
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Facultad Regional Resistencia 
Ingeniería Química 
Tecnología de la Energía Térmica 
 
CAMARAS FRIGORIFICAS 
 
 
Ejemplos de aplicación: 
1. Una cámara de almacenamiento en frío se mantiene a 2°C mediante un sistema de refrigeración por 
compresión de vapor que utiliza el refrigerante Freón R-12. Las temperaturas en el evaporador y el 
condensador son -5 y 40°C respectivamente. La carga de refrigeración es de 20 tons. Calcular el caudal 
másico de refrigerante Freón R-12, la potencia del compresor y el C.O.P. Suponer que la unidad trabaja 
en condiciones de saturación y que la eficacia del compresor es 85%. 
2. Recalcular la instalación si el fluido refrigerante es amoníaco. 
3. En una tabla Excel, tabular las propiedades de los refrigerantes R-12 y R-717. 
4. Un sistema de refrigeración mediante amoníaco consta de un evaporador operando a -20°C y un 
condensador a 40°C. Calcular la reducción en las necesidades de potencia por tonelada de refrigerante 
al utilizar un sistema “flash” de retirada de vapor a una presión intermedia de 519 kPa. 
 
Se recomienda el uso de los diagramas suministrados en texto: Singh & Heldman- Introducción a la Ingeniería 
en Alimentos.