Dise O C Maras Fr Gorifica Problemas Resueltos

Universidad Austral de Chile
Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL)
Asignatura:
Ingeniería de Servicios (ITCL 286)
Profesor:
Elton F. Morales Blancas

UNIDAD 1: DISEÑO DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS
GUIA DE PROBLEMAS RESUELTOS
1.

Una Cámara de refrigeración para almacenamiento de Kiwi tiene las siguientes dimensiones: 3,6 m x
8 m x 28 m. Fue diseñado para operar a una temperaturade aire de 0,5°C. Las paredes y techo tienen
125 mm. de espuma de polietileno como aislante (K =0,028 W/m °C) mientras que sólo se dispone
de 50 mm del mismo aislante en el piso bajo 75 mm de concreto (K= 0,90 W/m °C). La temperatura
debajo del piso es 8 °C, y la temperatura del aire exterior bajo condiciones de verano es 24°C. Sin
embargo, el techo y 2 paredes están expuestas directamente a la luzsolar durante el día. La humedad
relativa de diseño de la cámara es 95%.
La cámara almacena 150 "bins" de Kiwi, cada "bin" tiene aproximadamente 1100 kg. de fruta. El
calor de respiración de la fruta es 38 W/TM. La fruta entra a la cámara a 0,5°C proveniente de un
pre-enfriador (túnel de enfriamiento).
La única puerta tiene 2,4 m x 2,4 m. No se dispone de cortina de aire ni cortinas tipo cintasde
plástico. La temperatura del medio exterior está a 24°C y 70% de humedad relativa. La puerta
permanece abierta 12% del tiempo desde las 07:00 A.M. hasta las 06:00 P.M, y se cierra desde las
06:00 P.M. hasta las 07:00 A.M. Durante las horas de trabajo en el día el número de operarios en la
cámara es 2, y se tiene 800 watts de luces encendidas. Un montacargas eléctrico aporta 5 KW de
calor en lacámara para el 30% de las horas de trabajo en el día.
La unidad de enfriamiento de la cámara (evaporador) tiene dos ventiladores. Estos proporcionan una
velocidad al aire de 3,4 m/s; el tamaño de la "cara" del evaporador es 3,1 x 0,8 m. Se estima una
caída de presión en los ventiladores de 1,4 pulg. de agua. La descongelación del evaporador requiere
de 1 hora cada dos días.
Estimar la carga de calormedia para 24 horas.
Kiwi (Composición Proximal)
Humedad
= 79,7%
Proteínas
= 0,9 %
Lípidos
= 0,6%
Carbohidratos = 16,4%
Fibra
= 1,7%
Cenizas
= 0,7%

Universidad Austral de Chile
Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL)
Asignatura:
Ingeniería de Servicios (ITCL 286)
Profesor:
Elton F. Morales Blancas

SOLUCIÓN:

•

PASO 1: Carga del producto (Qp)
Dado que el kiwi ingresa a lacámara a la misma temperatura de trabajo (0,5 ºC) no hay carga del
producto por enfriamiento. Así se verifica que ∆h = 0 J/Kg debido a que la temperatura inicial y
final del producto es la misma.
Sin embargo, el Kiwi presenta respiración durante su almacenamiento refrigerado. Así, la carga del
producto estaría dada solamente por el calor de respiración.
Qp = Qrespiracion = 150 bins x 1100 kg/bin x38W / 1000 kg = 6270 W
Qp = 6,270 kW.

•

PASO 2: Transmisión de calor por las paredes, techo y piso (Qt)

¾ Techo (Qc)
Qc = Uc Ac (Te - Ti)
Dado que el techo está expuesta directamente a la luz solar, se toma la temperatura externa como
Te = 24 + 12 = 36 ºC
Para el aire interno y externo de la cámara se asume que ambos coeficientes de convección
corresponden al caso Natural siendo de 6,5 W/m2 ºC1
1 x
1
= + 1+
U c he k1 h i

1
0 ,125 2
=
+
U c 0 , 028 6 ,5

Uc = 0,210 W/m2 °ºC
Ac = 8 x 28 = 224 m2

Universidad Austral de Chile
Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL)
Asignatura:
Ingeniería de Servicios (ITCL 286)
Profesor:
Elton F. Morales Blancas

Qc = 0,210 x 224 x (36 – 0,5)
Qc = 1670 W = 1,670 kW

¾ Paredes (Qw)
Qw = Uw Aw (Te - Ti)
Uw = 0,210 W/m2 ºC

∩→ Es elmismo que el calculado para el techo.

Aw = 3,6 x 8 + 3,6 x 28 = 129,6 m2 ∩→ Área de 2 paredes
Para las dos paredes expuestas a la luz solar, Te = 36 ºC
Qw = 0,210 x 129,6 x (36 – 0,5)
Qwa = 966 W
Para las otras dos paredes, Te = 24 ºC
Qwb = 0,210 x 129,6 x (24 – 0,5)
Qwb = 640 W
Qw = Qwa + Qwb = 966 + 640
Qw = 1606 W = 1,606 kW

¾ Piso (Qfl)
Qfl = Ufl Afl (Tfl - Ti)
x
x
1
1
= 1+ 2 +
U fl k1 k 2 h...