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Termodinámica (página 2)

Enviado por Tungu Silvain


Partes: 1, 2, 3

Los principios fundamentales del sistema de refrigeración que rigen la funcionalidad de un refrigerador o enfriador frente a un sistema típico de aire acondicionado son la misma. Dentro del reino de aire acondicionado, las diferencias entre los diferentes tipos de sistema de aire acondicionado se basan en su aplicación y el tamaño. En los grandes sistemas de aire acondicionado, como las relativas a las aplicaciones industriales y comerciales, los principales componentes de los sistemas de refrigeración son considerables, tanto independiente, y se encuentran por separado. Algunos de los grandes sistemas industriales y de aire acondicionado constan de grandes refrigeradores de una sola unidad. Un enfriador típico para aplicaciones de aire acondicionado está clasificado entre los 15 a 1500 toneladas. Esto se traduciría en 180.000 a 18 millones de Btu/h ó 53 a 5.300 kW de capacidad de enfriamiento. Temperaturas del agua refrigerada en tales sistemas pueden variar desde 35°F a 45°F o 1,5 °C a 7°C, dependiendo de los requisitos de aplicación específicos. La gran refrigerador tiene más de 700 hp de fuerza, mientras que el pequeño compresor se miden, aproximadamente 1.3 hp.

Grandes sistemas de aire acondicionado basados ??en enfriadoras y de procesos de refrigeración utilizan agua como fluido de trabajo "secundaria". Pero, el fluido de trabajo principal sigue siendo un refrigerante típico, es decir , el HFC-134a, amoniaco, R-500, etc grandes sistemas sw3 aire acondicionado a base de enfriadores se pueden categorizar como sistemas abiertos o Sistemas de Aire Acondicionado cerrados. Un sistema de aire acondicionado abierto utiliza un refrigerante freón basada, en un gran enfriador, para enfriar el agua a 35 °F a 45 °F o 1,5°C a 7°C gama. Esta agua refrigerada se transporta luego a Abra Limpiadores de Aire, equipadas con boquillas de pulverización de agua refrigerada. La vuelta o el aire exterior pasa a través del agua fría de pulverización (Rauf, S. B. 2012).

El alto contenido de humedad y un mayor retorno de templado o del aire exterior es enfriada de este modo y deshumidificado a medida que pasa a través de la arandela de aire. El suministro de aire que sale de la lavadora de aire es inferior al bulbo seco y más bajo punto de condensación, con una humedad relativa inferior. El aire de alimentación es accionado entonces por el ventilador de suministro de aire a los espacios de trabajo, o espacios ocupados en general, como el aire acondicionado. Un sistema de aire acondicionado cerrada, por el contrario, en la mayoría de los casos, no utiliza agua enfriada como un fluido de trabajo secundario para enfriar y acondicionar el aire ambiente. Sistemas de aire acondicionado cerrados son similares o equivalentes a los sistemas residenciales de aire acondicionado que se aplique una o freón refrigerante como fluido de trabajo.

1.1. Compresores del sistema de refrigeración

Hay cinco tipos principales de compresores de aire acondicionado:

1 . compresor rotativo

2 . compresor alternativo

3 . compresor centrífugo

4 . Los compresores de tornillo

5 . compresor voluta

Mientras que la función y la salida final de estos diferentes tipos de compresores es el vapor de los componentes del mismo de refrigerante de alta presión mecánica y principios empleados para llevar a cabo la compresión difieren. Estos enfoques y principios mecánicos diferentes son evidentes a partir de los nombres de los compresores mencionados anteriormente. El compresor más común es el compresor de movimiento alternativo.

Estos compresores pueden ser de tipo abierto o tipo sellado herméticamente. Un compresor típico refrigerador está sellado herméticamente. Compresores de refrigeración comunes varían en tamaños desde menos de 9 kW (aprox. 9 CV) a 1 MW (aprox. 1.000 CV), con temperaturas de condensación que van desde 15°C a 60°C, o superior.

1.2. Sistema de Refrigeración del condensador

Condensadores, en esencia, son los dispositivos de transferencia de calor. Permiten la extracción de calor de la forma, de alta presión, el vapor refrigerante caliente. Por lo tanto, lo que permite que el vapor se condense en fase líquida de alta presión. Mientras que la función de todos los condensadores es la misma, la cual es condensar alta temperatura, alta presión y el vapor de refrigerante de alta entalpía, como los compresores y enfriadores, se diferencian en función de su tamaño y aplicaciones específicas. Por ejemplo, muchos sistemas de aire acondicionado de tipo abierto lavadora de aire grandes son grandes, a base de agua, torres de enfriamiento para enfriar la alta presión y alta entalpía, el vapor de refrigerante. Por otro lado, algunos grandes sistemas de aire acondicionado cerrados emplean con aire forzado, torres de enfriamiento en seco.

1.3. Refrigerantes

Un refrigerante es una sustancia o medio utilizado en un ciclo de calor del sistema de refrigeración. Refrigerantes permiten el intercambio de calor y el trabajo a realizar en los sistemas de refrigeración que sean sometidos a cambios de fase repetitivas y cíclicas de líquido a vapor y el vapor a líquido.

Tradicionalmente, fluorocarbonos (FC) y los clorofluorocarbonos (CFC) se han utilizado como refrigerantes. Sin embargo, están siendo eliminadas a causa de su ODP, el agotamiento del ozono Potencial y, algunos casos, GWP, Global Warming Potential. Ellos están siendo reemplazados por hidrofluorocarbonos, es decir, el HFC-134a. Otros refrigerantes sin CFC, y no HFC utilizados en diversas aplicaciones son los hidrocarburos no halogenados tales como metano y no hidrocarbonados sustancias tales como amoníaco, dióxido de azufre.

ODP (ozone depletion potential) o potencial de agotamiento de ozono de un refrigerante, o cualquier otra sustancia, se define como la capacidad de una sola molécula de que el refrigerante para destruir la capa de ozono. Todos los refrigerantes R11 utilizan como una referencia de datos, con ODP referencia R11 de 1,0. Cuanto menor sea el valor de la ODP, la menos perjudicial que el refrigerante es a la capa de ozono y el medio ambiente.

GWP (global warming potential) significa potencial de calentamiento global. GWP es una medición basada en un período de 100 años. Se cuantifica el efecto refrigerante tendrá sobre el calentamiento global en relación con el potencial de calentamiento atmosférico de dióxido de carbono, CO2.

El dióxido de carbono se le asigna un GWP de 1. El PCA de todas las demás sustancias o productos químicos se evalúa con respecto al dióxido de carbono GWP de 1. Cuanto menor sea el valor de GWP, el mejor el refrigerante es para el medio ambiente. Actualmente no existen restricciones sobre el uso de R134A, R407C, R410A y R417A en equipo original o para el mantenimiento y la reparación de la válvula de expansión. La válvula de expansión es un aparato o componente utilizado en sistemas de refrigeración para estrangular el refrigerante de alta presión, en fase líquida, de un estado líquido a alta presión a baja presión estado líquido.

La capacidad de un sistema de refrigeración es esencialmente la capacidad del refrigerante para intercambiar calor con el medio ambiente o aire ambiente. Mientras que en el sentido absoluto, la capacidad de enfriamiento representa la capacidad de un sistema de refrigeración para enfriar el medio ambiente o entorno, en el caso de bombas de calor, la capacidad de enfriamiento del sistema podría incluir ampliamente la capacidad del sistema para calentar el medio ambiente (Rauf, S. B. 2012).

Productos alimenticios perecederos pueden mantenerse mucho más tiempo por la congelación siempre que se cumplan dos condiciones:

a) El producto debe congelarse a una temperatura tan baja como sea posible;

b) La mayor parte del líquido en el producto deben ser convertidos en hielo. El segundo factor es particularmente importante para los peces, ya que el fluido en ella constituye un disolvente para muchas sustancias orgánicas y minerales y favorece el crecimiento de microorganismos y el desarrollo de reacciones bioquímicas.

La congelación es un proceso por el cual la temperatura del pescado crudo se reduce desde el nivel inicial a entre -16 ºC y -18 ºC, y la mayor parte del líquido dentro de ella convierte en hielo.

El punto eutéctico de los productos alimenticios, que es la temperatura mínima a la que todo el líquido en el que se convirtió en hielo, se -55 ºC a -65 ºC, pero una temperatura tan baja no puede generalmente ser alcanzado en la industria de alimentos. Transferencia de calor durante la congelación es acompañado por la transferencia de masa. En consecuencia, la congelación debe ser considerada como un proceso complejo de calor y transferencia de masa.

Con eliminación de calor intensivos, cristales pueden formar antes de que el líquido comienza a migrar entre los tejidos, y el fluido se congela en su lugar natural, la formación de pequeños cristales.

En los cálculos técnicos de procesos de refrigeración para productos alimenticios, también se hace uso de entalpía (contenido de calor), la temperatura media del producto durante la congelación, y la temperatura media final del proceso.

La entalpía de los peces varía de etapa en etapa durante la refrigeración, el cambio más pronunciado justo por debajo del punto de congelación, y menos pronunciada a la temperatura más baja. La entalpía se lee fuera de su valor a una temperatura dada, y por lo general se toma como cero.

Independientemente de su tamaño o complejidad, un sistema de refrigeración tiene una función básica. Esa función es la de eliminar el calor de un lugar o de la sustancia en las que no se quiere, y transportarlo a un lugar donde pueda ser difundido en el aire o el agua. Con el fin de seleccionar el equipo apropiado para una aplicación dada, debe calcular cuidadosamente la cantidad de calor que desea mover.

2. Objetivos

2.1. Objetivo generale

Este estudio tiene como objetivo:

Determinar la Carga de calor total (capacidad de refrigeración) durante el enfriamiento y almacenamiento.

2.2. Objetivos específicos

  • Encontrar la Carga de transmisión;

  • Encontrar la Carga del cambio de aire de las aberturas de puertas;.

  • Encontrar la carga de Enfriamiento del produto;

  • Encontrar la Calor de la respiración durante el enfriamiento.

3. Materiales y Métodos

El estudio se llevó a cabo en el almacén frigorífico "Pesinagri, AA". Para la determinación de las cargas de la transferencia de calor se midió longitudes, larguras y alturas de las paredes (20 x 5m), tierra (20 x 15m) y el techo (20 x 15m), haciendo una superficie total de 700m2. El volumen interior (18,5 x 18,5 x 4,8 m) fue de 1643m3.

El material aislante construida en poliuretano cuyo espesor fue de 7,6 cm y el coeficiente de conductividad (K) de 1,3. KJ/m2/cm2°C. La tasa de flujo de calor (U) a través de las paredes fue de 1,1 KJ/m2/cm2 ºC.

Las condiciones ambientales en el interior fue de 30 °C y una Humedad Relativa de 50%. La temperatura inicial de los peces fue de 21 °C y la temperatura de almacenamiento de -1,1 °C.

500 cajas de plástico se utilizan con 30 kilos de pescado cada una. La caja vacía medió 2.5 Kg. Se colocaron en el espacio refrigerado un total de 15.000 Kg de pescado y el peso total de cajas 1250 kg.

Se ubicó en el espacio refrigerado 200 cajas/día de pescado en el primero, segundo y tercero día, un total de 6000 kg de pescado/día. La tasa de reducción de la temperatura en la primera días fueron de 21 y 4,2 ° C y 4,2 °C a -1,1ºC en el segundo día.

Se observaron las pérdidas de carga de aire de 5 °C/día durante las aperturas de las puertas para el Proceso de enfriamiento y 2 ºC/día durante el almacenamiento. Los valores del calor específico de 0,86 para los peces y el 0,70 por caja de plástico se han tenido en cuenta.

Fueron determinadas las carga térmicas para bajar la temperatura de aire 30 ºC a -1,1 ºC (50 % de humedad relativa) igual a 74.5 kJ/m3 y de 7,2 ºC a -1,1ºC a (70 % de humedad relativa) igual a 15.3 kJ/m3.

Fueron también consideradas otras cargas de calor de las luces, 1800 W/h (3,6 kJ/W), Ventiladores en 3,112 kJ por 5HP, 2 Carretillas elevadoras eléctricas, 36.920 kJ cada uno para 8 h. Los trabajadores(2), 1.000 kJ por h para cada persona.

Para a determinación de las cargas operacionales fueron utilizadas las seguintes formulas:

  • 1. Carga de transmisión

edu.red

  • 2. Carga del cambio de aire de las aberturas de puertas:

edu.red

Donde:

V= Volumen

  • 3. Enfriamiento del produto

edu.red

  • 4. Calor de la respiración durante el enfriamiento

Tasa de respiración x P (4)

Donde:

P= peso del produto

4. Resultados

La carga total de calor para ser manipulado en cualquier aplicación es la suma del calor de cuatro fuentes. Para una mayor precisión en la estimación de la carga de la fuga de calor, de cada pared, el suelo y el techo por separado, dio una superficie total de 700m2.

Carga durante el enfriamiento y el llenado de almacenamiento: diferencia de temperatura (DT) de 30 ºC a -1,1 º C = 31,1 º C, suponiendo 31,1 º C TD en todas las superficies: kJ por 24 h (tabla1).

Calor máximo acumulado en almacenamiento antes de completarse el enfriamiento: El peso total de pescado 15.000 kg de peso – 2 días de carga de 12 000 kg = 6 000 kg (6 toneladas); tasa de respiración a – 1,1 ºC es 812 kJ por tonelada y 24 h; tonelada de pescado (6) x tasa de respiración (812) es igual a 4872 KJ.

Se añadió 10% al valor de la carga total de enfriamiento lo que hace un total de refrigeración requerida de 3.027.770 KJ.

Suponiendo que los equipos de refrigeración funciona 18 h al día: 3.027.770 ÷ 18 h = 168.209 kJ por h. Dado que una tonelada de refrigeración absorbe 12.660 kJ por 24 h: se requiere 168.209 ÷ 12,660 = 13,3 toneladas de capacidad de refrigeración máxima.

Tabla 1. Cargas durante el processo de Enfriamiento

Cargas Operacionales(KJ)

1º Dia

2º Dia

Total

1.

Carga de transmissión(fuga de calor pared, suelo y techo)

574728

574728

2.

Carga de cambio de aire

861201

861201

3.

Enfriamento de productos

3.1.

Pescado

362876

93180

456056

3.2.

Caja

61534

19413

80947

4.

Calor de Respiración

73236

10446

83682

5.

Otras cargas térmicas

5.1.

Luces

51840

51840

5.2.

Ventiladores

37344

37344

5.3.

Monta-cargas

590720

590720

5.4.

Trabajadores

16000

16000

Carga totale de Enfriamiento

2.752.518

Carga durante el funcionamiento normal de almacenamiento (media fuera de las condiciones ambientales, 7.2ºC a 70% de humedad relativa, la temperatura de almacenamiento,-1.1ºC; TD = 7,2ºC a 1.1ºC = 8.3ºC) kJ por 24 h. (tabla2).

Tabla 2. Cargas durante el processo de Almacenamiento

Cargas Operacionales(KJ)

Total

1.

Carga de transmissión

153384

2.

Carga de cambio de aire

50276

3.

Calor de Respiración

12180

4.

Otras cargas térmicas

4.1.

Luces

25920

4.2.

Ventiladores

37344

4.3.

Monta-cargas

590720

4.4.

Trabajadores

4000

Carga totale de Almacenamiento

873824

Se añadió 10% al valor de la carga total de almacenamiento lo que hace un total de refrigeración requerida de 961206 KJ.

Suponiendo que los equipos de refrigeración funciona 18 h al día: 961206÷ 18 h = 53400 kJ por h. Dado que una tonelada de refrigeración absorbe 12.660 kJ por 24 h: se requiere 53400 ÷ 12,660 = 4,2 toneladas de capacidad de refrigeración durante el almacenamiento normal.

Conclusiones

Las leyes de la termodinámica son vistas como leyes de "Energía de calentamiento." La temperatura es uno de los principales parámetros de la termodinámica, debe quedar claro que la temperatura no es una medida directa de calor.

La ley de conservación de la energía establece que la energía puede transformarse de una forma a otra, pero no puede ser creada ni destruida.

En el dominio de la termodinámica, el trabajo constituye el fenómeno de cambiar el nivel de energía de un objeto o un sistema.

Las tres principales categorías de los sistemas termodinámicos analizadas son basados ??en su interacción con el entorno o medio ambiente.

En un sistema de refrigeración, el sistema termodinámico cerrado incluy: pistones neumáticos sellados y refrigerante.

El Proceso de estrangulación en un sistema de refrigeración es un proceso adiabático, isoentálpica que se produce en la válvula de expansión; donde se permite un sistema de líquidos de alta presión (refrigerante) para expandir a un líquido bajo presión, sin absorción o liberación de energía de calor. Y la etapa de evaporación de un ciclo de refrigeración representa un proceso isobárico en que la presión permanece constante a medida que el sistema líquido de baja presión se evapora o se cambia de fase de líquido a gaseoso mediante la absorción de la energía de calor del aire que pasa a través del intercambiador de calor.

El calor máximo acumulado en almacenamiento antes de completarse el enfriamiento es igual a 4872 KJ con la capacidad de refrigeración máxima de 13,3 toneladas.

Un total de refrigeración requerida de 3.027.770 KJ para o enfriamiento y 961206 KJ para o almacenamiento. La capacidad de refrigeración durante el almacenamiento normal de 4,2 toneladas.

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