Carga de calor para cebolla

Depto: Metal-Mecánica

Carrera: Ingeniería Mecánica

Proyecto: Calcular la carga de refrigeración para 5,000 kg de Cebolla, además del dimensionamiento de la cámara necesaria para refrigerarse por 1 mes. Posteriormente se seleccionarán los equipos necesarios.

Catedrático: Ing. Hugo Izaguirre.

Alumnos

Nombre No. de control:

Alexis Vladimir Favela Enríquez 15130911

Michel Maximiliano Ríos Gutiérrez 15130919

Torreón Coahuila, México

Fecha de Entrega: 12 de Abril del 2019

CONTENIDO

Dimensionamiento De La Cámara 3

Vista Superior 3

Datos De La Tarima 4

Distribución De Las Cajas En La Tarima 4

Cálculo De La Carga De Refrigeración. 4

Datos Del Producto 4

Selección De Material Y Espesor Para El Diseño De La Cámara. 4

Carga Térmica Del Producto 5

Calor Por Transmisión (Envolvente De La Cámara) 5

Calor Ganado Por La Paredes Y Techumbre De La Cámara 5

Calor Ganado Por El Piso 6

Carga Interna Total De La Cámara 6

Montacargas R-300 6

Tarima 6

Ventilador 6

Cartón Corrugado 6

Iluminación 7

Carga Por Personas 7

Carga Térmica Por Infiltración 7

Carga térmica Total de la Cámara de Refrigeracion 7

Selección de Equipos 8

Condensador 9

Evaporador 9

Válvula Termostática De Expansión 10

Filtro Secador 11

Dimensionamiento De La Cámara

Se selecciono la siguiente caja:

Datos de la caja seleccionada del siguiente link: https://www.abc-pack.com/productos/caja-normal-para-frutas-y-verduras/

Capacidad: 5 Kg

Volumen por caja: A.b.h= (0.3) (0.4) (0.13) = 0.0156 m3

Vista Superior

Para poder llevar a cabo el dimensionamiento de nuestra cámara se considero que el radio de giro del montacargas que se empleará es de 3 metros, asimismo, se le agrego un metro mas de distancia entre tarimas para poder realizar maniobras adecuadamente. Las dimensiones de las tarimas se definen mas delante. Y a la puerta se le dio el valor de 3 metros también debido a las dimensiones de nuestro montacargas.

Cantidad de cajas a almacenar: (5,000 Kg)/5= 1000 cajas

Volumen de la cámara con todas las cajas amontonadas y sin espacios: 15.6 m3

Para estibar nuestras cajas se selecciono del siguiente link (https://es.uline.mx/Product/Detail/H-1218/Pallets/New-Wood-GMA-Pallet-48-x-40?pricode=WB7042&gadtype=pla&id=H-1218&gclid=CjwKCAjwhbHlBRAMEiwAoDA348roP2Ya5TAISjz42xcgUICBsZ97bV-PzuCAQZY3HdS3am4hPnBmVhoCGisQAvD_BwE&gclsrc=aw.ds) una tarima de madera nueva GMA-48x40”.

Entonces, deducimos que nuestra capacidad a almacenar es de 5,000 Kg y a cada tarima solo le estibaremos 450 Kg, lo que nos da: 5000 kg/450 Kg= 11.11 tarimas con 90 cajas de 5 kg cada una.

Datos De La Tarima

Madera nueva GMA-48x40”

Dimensiones: 48” =121.90 cm= 1.22 m

40” =101.6 cm= 1.02 m

Capacidad de carga: 2,500 lb= 1134 kg.

Distribución De Las Cajas En La Tarima

Agregaremos 3 cajas a lo largo de la tarima y al igual con el ancho, osease que por cada estiba tendremos 9 cajas de 5 kg cada una.

Conociendo la altura de cada caja (0.13m) y contando solo con la capacidad de 10 estibas, tendremos una altura de 1.3 m por tarima.

Cálculo De La Carga De Refrigeración.

Datos Del Producto

Almacenamiento: 5,000 kg de bulbos de cebolla madura, secos.

Llega con una temperatura de 15°C.

Selección De Material Y Espesor Para El Diseño De La Cámara.

Se lee de la tabla 1-208 ASHRAE handbook- Refrigeration:

Condiciones de almacenamiento:

Tiempo de almacenamiento: 1 mes

Temperatura de almacenamiento: 0°C

Punto de congelación: -0.8°C

Humedad relativa: 65 a 70%

De acuerdo con estas condiciones se selecciono de la tabla 2- “Guía térmica para el diseño de cuartos fríos” un aislamiento de 75mm de polisocianato expandido.

Espesor del piso de concreto= 15cm = 0.15m

Carga Térmica Del Producto

Carga de conservación de cebollas: Masa del producto: 5,000 kg por día: (m)

C1= calor especifico arriba del punto de congelación: 3.95 KJ/kg-K

T1= temperatura inicial del producto: 15°C

T2= temperatura por encima del punto de congelación: 0°C

Q_1=mC1(T1-T2)=(5,000)(3.95)(15-0)=296,250 KJ/dia

Dividiendo entre 24 y luego entro 3600 para obtener el calor en Watts obtenemos:

Q_producto=3.43 kW

Calor Por Transmisión (Envolvente De La Cámara)

Leemos de la tabla 1 de conductividades, la que se requiere para el aislante seleccionado que es: 0.027 W/m2 °C

x: espesor

U=1/(1/h1+x/k+1/ho+1/15)=1/(1/7+2(0.00139)/52.335+0.075/0.027+1/15)=0.335 W/m2°C

En este punto solo se consideran dos paredes y una techumbre debido a que la otra pared no tendrá transferencia de calor al estar en contacto con otro edificio aledaño a la cámara.

Calor Ganado Por La Paredes Y Techumbre De La Cámara

Area_paredes=2*3*19=114 m^2

Area_techumbre=1*9*19=171 m^2 = Area_piso

Area_total=114+174=285 m^2

Q_partech=UA∆T=(0.335)(285)(33-0)=3.15 kW

Calor Ganado Por El Piso

U_piso=1/(1/h1+x/k+1/ho+1/15)=1/(1/7+0.15/0.587+0.075/0.027+1/15)=0.31 W/m2°C

Q_piso=U_piso A_piso (Tsuelo-Ti)=(0.31)(171)(21.1-0)=1.12 kW

Q_envolvente=Q_partech+Q_piso=3.15+1.12=4.27 kW

Carga Interna Total De La Cámara

Será de esta manera:

Q_(interna )=Q_montacargas+Q_tarima+Q_vent+Q_carton+Q_iluminacion+Q_personas

A continuación, se calcula cada una de las cargas:

Montacargas R-300

Número de unidades: 1

Potencia de motor: 35 HP= 2.6 kW= Q_montacargas

Capacidad de carga de 3 toneladas.

Motor: XINCHAI

Combustible: Diesel

Altura del mástil totalmente levantado: 4.8 m

Tarima

Cp: 0.57 Kcal/kg°C

Masa: 20 kg

Q_(cada tarima)=mCp(T1-T2)=(20)(0.57)(33-0)=376.2 W (por tarima)

Q_tarima=(11)(376.2)=4.14 kW

Ventilador

Carga del ventilador: (6)(1296)?7776 W= 7.78 kW= Q_vent

Cartón Corrugado

Embalaje:

Cp= 0.32 kcal/kg°C

Masa= 0.500 kg

Q_(cada carton)=mCp(T1-T2)=(0.500)(0.32)(33-0)=5.28 W (por caja)

Q_carton=(5.28)(1000 cajas)=5280 W= 5.28 kW

Iluminación

Se usarán 9 lámparas fluorescentes de 36 W de potencia cada una con medida de 1.2 m de largo.

Q_iluminacion=(9)(36)=324 W=0.324 kW

Carga Por Personas

Número de personas: 4

Temperatura ambiente: 0°C

Q_personas=n(272-6T)=(4)8272-6(0))=1.1 kW

Una vez calculadas estas cargas procedemos a calcular la cargar interna total:

Q_(interna )=Q_montacargas+Q_tarima+Q_vent+Q_carton+Q_iluminacion+Q_personas=2.6+4.14+7.78+5.28+0.324+1.1=44.629 kW

Carga Térmica Por Infiltración

Leemos de tablas y definimos demás datos.

Q_s/A=18 kW/m^2

R_s=0.79

W= 75 mm

E= 0.95 ya que se pondrá una puerta corrediza.

H= 3 metros

Q_infriltracion=0.577WH^1.5 (Q_s/A)(1/R_S )=(0.577)(0.075)(3)^1.5 (18)(1/0.79)=5.12x10^(-3) kW

Carga térmica Total de la Cámara de Refrigeracion

Q_T=Q_producto+Q_envolvente+Q_interna+Q_infiltracion

=3.43+4.27+44.629+5.12x10^(-3)=52.53 kW

Aplicando un facto de seguridad de 1.1, tenemos que la carga térmica total asciende a:

Q_T=(52.53)(1.1)=57.78 kW

Selección de Equipos

Temperatura interior de la cámara: 0°C

Temperatura ambiente de diseño en torreon: 33°C pero se tomara 40°C

Presion de diseño de 0.9 bar

Humedad relativa de la cámara del 90%

Con estos datos y en base a lo ya aprendido en clase se define que:

“El refrigerante apropiado en base a la temperatura que deseamos tener en la cámara es el R-134ª”.

Temperatura del refrigerante:

Evaporador: Te= 0 - ∆T=0-(5-10)=-5°C

Condensador: Tc= 40 + ∆T= 40+ (10+40)= 50°C

Volumen en el evaporador: 0.015 m3/kg

Estos datos han sido interpretados en el diagrama de presion- entalpía del refrigerante.

q_evap=h_c-h_a=(395-270)=125 KJ/Kg

q_cond=h_d-h_a=(430-270)=160 KJ/Kg

W_comp=h_d-h_c=(430-345)=35 KJ/Kg

Como el sistema opera solamente 18 horas, entonces la carga de refrigeracion será:

Q_refrigeracion=57.78kWh/18h=3.21 kW=2760.1025 KCal/h=109,520.378 BTU/h

m=Q_refrigeracion/q_evap =3.21/125=0.026 Kg/seg=93.6 kg/hr

Flujo en la succión del compresor:

Flujo_comp=mv_evap=(93.6)(0.015)=1.404 m^3/hr

Como estamos tratando con un flujo menor a los 1000 m3/hr, entonces se deberá seleccionar un compresor de pistones y de una sola etapa, se afirma realizando la siguiente relación:

r_p=P_cond/P_evap =13/3.75=3.5 Al ser esta una relación menor a 10 se confirma lo antes dicho.

Condensador

Con las temperaturas definidas, entramos al catalogo de Copeland y se seleccionó un compresor ZRH49KJE, con capacidad frigorífica a los -5°C de condensación y 50°C de evaporación de 4.7 kW.

Evaporador

Para

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