Cámaras
frigoríficas o cuartos fríos
Los cuartos fríos son lugares
destinados para el almacenamiento y manipulación de productos frescos y no
elaborados. También son lugares en los que se pueden recibir mercancías.
Los cuartos fríos son con
frecuencia usados en carnicerías, restaurantes, comedores industriales,
fruterías, en el manejo de flores, en laboratorios, etc. Además, con el uso de
estos cuartos se puede congelar o refrigerar cualquier tipo de producto.
Los vegetales son en su gran mayoría
perecederos. Después de la cosecha sigue un proceso llamado comúnmente
respiración durante el cual los azúcares se combinan con el oxígeno del aire
produciendo anhídrido carbónico y agua y despidiendo calor, hasta llegar a la
completa maduración del fruto. Al mismo tiempo, los microorganismos que están
presentes en los frutos a temperatura ambiente, se alimentan y reproducen a un
ritmo exponencial, a medida que se acerca la maduración, destruyendo los
tejidos.
Se ha comprobado que si se
mantiene el producto cosechado a temperatura menor que la del ambiente, se
consigue alargar el período de maduración un tiempo que varía desde 3-4 días
hasta 6-8 meses, de acuerdo a la especie y a la variedad.
La carne de animales (vaca,
porcinos, peces, aves) después de sacrificados no siguen ningún proceso natural
salvo el ataque de microorganismos que, a temperatura ambiente, atacan los
tejidos. La carne deja de ser comestible en 2-3 días. También en este caso,
manteniendo las carnes a bajas temperaturas, el proceso de deterioro se puede
evitar y así consumir la carne varios meses después del sacrificio.
La importancia que tiene la
conservación de alimentos es precisamente la posibilidad de ofrecer los frutos
y las carnes durante un período más largo.
Tipos de cuarto fríos
Tipos
|
Temperatura
|
Usos
|
Conservación
frutas
|
5ºC - 5ºC
|
Frutas,
hortalizas, flores, productos lácteos, alcohol, chocolate, arroz, vino,
huevos frescos, carne fresca y así sucesivamente
|
conservación
pescado
|
-10ºC
- 20ºC
|
El
pescado congelado, carne congelada, pollo congelado, huevos congelados y así
sucesivamente
|
Almacenamiento productos
|
-20ºC -
35ºC
|
Pescado
fresco y congelar los productos de arroz, los helados, productos sanguíneos,
materias primas químicas y así como de almacenamiento a baja temperatura
|
Congelación
frío
|
10ºC -
60ºC
|
La electrónica, la metalurgia, la
bio-farmacéutica, química, las industrias de la construcción de automóviles
materiales, como el aeroespacial ultra prueba industrial y frigorífico de
baja temperatura de tratamiento en frío
|
Funcionamiento de cuartos frío
Las aplicaciones básicas de
cuartos fríos:
- Cuarto frio de mantenimiento (Cámara): El producto
entra congelado o no, solo se mantendrá la temperatura y la humedad
- Cuarto frio de congelamiento (Precamara): El produce
se introduce a latemperatura ambiente exterior y se lleva hasta el punto de
control (Temperatura y humedad de conservación).
En sistemas pequeños el uso
básico es el de mantenimiento, aun cuando en estos casos es posibles congelar
pequeñas cantidades del producto, dentro de esta categoría están los cuartos
fríos de 1600 pies3
Carga de refrigeración en cuarto fríos
Las cargas de refrigeración para un cuarto frio son
según (Goribar, 2007):
1.
La transmisión de calor a través de barreras o sea,
paredes techos y pisos.
2.
La ganancia de calor debida al efecto solar
3.
La ganancia por infiltración
4.
La ganancia de calor debida a ocupantes
5.
La ganancia de calor debida a equipo, alumbrado, o
cualquier otro tipo de equipo que genere calor
6.
La ganancia de calor debida a aire de ventilación
7.
La ganancia de calor debida a los productos a
refrigerar
8.
La ganancia de calor debida a la respiración de
algunos productos
9.
La ganancia de calor debida abatimiento del producto
10.
La ganancia debida a materiales de envoltura o
envases
1.
Carga
por transmisión de calor por paredes
La ganancia de calor por
transmisión determina la cantidad de flujo de calor a través de los muros, piso
y techo. Esta ganancia de calor es directamente proporcional al DT (Te
- Ti). Existen tablas que proporcionan información de U para
simplificar los cálculos, estas se dan en base a DT:
QT =
A x U24 (Usada para DT sin K)
Donde:
QT= Carga
de calor en [BTU/24h]
U = Coeficiente
de transmisión de calor [BTU/h pie2 0F]. Tabla
U24
= Coeficiente de transmisión de calor en [BTU/24h pie2].
Tabla
K =
Incremento de calor en [0F]. Tabla
Te =
Temperatura exterior [0F]
Ti =
Temperatura interior [0F]
2.
Ganancia
de calor debida al efecto solar
La ganancia de calor por efecto
solar se calcula mediante la fórmula:
DT= Te
- Ti + K
QT =
A x U24 (USADA para DT con K)
Donde:
QS= Carga
de calor en [BTU/h]
U = Coeficiente
de transmisión de calor en [BTU/h pie2 0F]. Tabla
U24
= Coeficiente de transmisión de calor en [BTU/24h pie2].
Tabla
K =
Incremento de calor en [0F]. Tabla
Te =
Temperatura exterior en [0F]
Ti =
Temperatura interior en [0F]
3.
Ganancia
de calor por infiltración
Los cuartos fríos por lo
general no tienen ventanas y las puertas están selladas, por lo que la
infiltración que se calcula es por las aperturas de las puertas: La ganancia de
calor por infiltración
QI = M x (he - hi)
M = V0 /ntotal
V0 =
V x Cambio de aire/24 h
h = Cp x T + Wd x hv
x f
ntotal = naire seco + (naire saturado - naire seco) x f
Donde:
QI= Carga
de calor en [BTU/24h]
M = Flujo
de peso [lb/h].
V0
= Flujo de caudal de aire [pies3/24h].
ntotal =
Volumen específico total del aire [pies3/lb]
Cambio de aire = Cambios promedios de aire en 24 horas. Tabla para
cuartos por encima y por debajo de 32 0F
he = Entalpia
exterior en [BTU/lb]
hi = Entalpia
interior en [BTU/lb]
CP = Calor
especifico del aire=0.24 [BTU/lb 0F]
T =
Temperatura [0F]
Wd = Peso
especifico del vapor de agua saturado [lb vapor/lb aire]
hv =
Entalpia del vapor de agua [BTU/lb].
Tabla
f =
Humedad relativa [%]
naire
seco = Volumen específico del aire seco [pies3/lb]. Tabla
naire saturado =
Volumen específico del aire saturado
[pies3/lb]. Tabla
La carga térmica puede ser sustancial y cualquier
medio debe considerarse para reducir la cantidad de infiltración que entra en
la cámara. Algunos medios efectivos para reducir esta carga son:
·
Cierre automático de las puertas del cuarto frio
·
Vestíbulos o antecámaras refrigeradas
·
Cortinas de aire
·
Cortinas de plástico en tiras (hawaianas)
4.
Ganancia
de calor debida a las personas
La ganancia de calor producida
por los ocupantes del cuarto frio dependerá de la actividad que desarrollen
dentro del espacio. La ganancia se calcula como sensible y como latente.
Existen tablas y graficas que dan el calor sensible y latente.
QPES = np x qs x 24
QPEL
= np x qL x 24
Donde:
QPES = Carga de calor sensible por persona en [BTU/24h]
QPEL = Carga de calor sensible por persona en [BTU/24h]
np = Numero de personas
qs = Calor sensible en [BTU/h]. Tabla
qL = Calor latente en [BTU/h]. Tabla
5.
Ganancia
de calor debida al equipo misceláneo
Las ganancias de calor
producida por los equipos que se encuentran dentro del cuarto frio. Este calor
es liberado mayormente por los ventiladores del evaporador así también como de
las resistencias para el descarche de la unidad evaporadora
QMS= ne x qs x 24
QML=
ne x qL x 24
Para el
caso de alumbrado
QA= 3.42 x Watts x FB x 24
Para
cualquier equipo que se conozca la potencia
QE= 3.42 x Watts x 24
Donde:
QMS = Carga de calor por equipos eléctricos misceláneos
en [BTU/24h]
QA = Carga de calor por alumbrado en [BTU/24h]
QE = Carga de calor por equipos eléctricos en [BTU/24h]
Np = Numero de equipos
qs = Calor sensible en [BTU/h]. Tabla
qL = Calor latente en [BTU/h]. Tabla
Watts = Potencia del alumbrado [watts]
FB = Factor de balastra. FB = 1.0 para lámparas incandescentes. FB
= 1.25 para lámparas fluorescentes
6.
Ganancia
de calor debida al aire de ventilación
La ganancia de calor producida
por ventilación busca en los cuartos fríos controlar la humedad del aire para
la preservación y evitar malos olores. La ganancia se calcula como sensible y
como latente. Existen tablas
QVS
= 1.08 x CFMa/V x (Te - Ti) x 24
QVL = 4880 x CFMa/V
x (We - Wi) x24
Donde:
QVS = Carga de calor sensible por ventilación en
[BTU/24h]
QVL = Carga de calor latente por ventilación en
[BTU/24h]
CFMa/V = Caudal de aire de ventilación en [pies3/min]
Te =
Temperatura exterior en [0F]
Ti =
Temperatura interior en [0F]
We =
Humedad absoluta del aire del exterior [lb
vapor/lb aire]
Wi = Humedad
absoluta del aire del interior [lb
vapor/lb aire]
7.
Ganancia
de calor debida a los productos por refrigerar
La ganancia de calor a la
conservación de los alimentos se ha dividido según el caso en:
- ·
Calor sensible arriba de punto de congelación
- ·
Calor latente de congelación
- ·
Calor sensible por debajo de punto de congelación
Calor específico: Es la cantidad de calor que
debe de ser removido de una libra de producto para reducir su temperatura 1°F,
se le llama calor específico.
Calor Latente: La cantidad de calor que debe eliminarse a una libra
de producto para congelarlo, se le llama calor latente de fusión
Calor
sensible arriba de punto de congelación
Cuando un producto entra a un
cuarto frio con una temperatura mayor que la del propio espacio, el producto
cede calor hasta que se enfría a la temperatura del cuarto. Cuando esta
temperatura esta encima del punto de congelación el calor cedido Q1 se llama calor sensible arriba
del punto de congelación y se calcula de la siguiente manera:
Q1p
= W x C1 x (Te - Ti)
Donde:
Q1p
= Calor cedido en [BTU/24h]
C1
= Calor especifico del producto arriba del punto de congelación en
[BTU/lb 0F]. Tabla
W = Peso del producto en [lb/24h]
Te =
Temperatura exterior [0F]
Ti =
Temperatura interior [0F]
Calor latente
de congelación (SOLO SE APLICA POR DEBAJO DE 32 0F)
Si el producto se congela, este
cederá su calor latente mientras cambia de estado a la temperatura de
congelación.
Q2p
= W x he
Donde:
Q2p
= Calor latente de congelación cedido al espacio [BTU/24h]
W = Peso del producto en [lb/24h]
he = Calor
latente de congelación del producto en [BTU/lb]
Calor
sensible por debajo del punto de congelación
Cuando se requiere refrigerar
el producto por debajo del punto de congelación, la carga de calor se calcula:
Q3p
= W x C2 x (Tc – T3)
Donde:
Q3p
= Calor cedido en [BTU/24h]
C2
= Calor especifico del producto abajo del punto de congelación en
[BTU/lb 0F]. Tabla
W = Peso del producto en [lb/24h]
Tc =
Temperatura de congelación [0F]
T3 =
Temperatura final [0F ]
8.
Ganancia
de calor debida al calor por respiración de algunos productos.
Los vegetales y las frutas se
encuentran vivas después de ser cortadas y continúan sufriendo cambios metabólicos.
El cambio más importante se debe a la respiración, proceso en el cual el
oxigeno se combina con los carbohidratos resultando bióxido de carbono y calor.
El calor que se obtiene se llama calor de respiración
QR
= W x R x24
Donde:
QR = Calor por
respiración [BTU/24h]
W = Peso del producto en [lb]
R = Calor
por respiración [BTU/lb h].Tabla
9.
Ganancia
de calor al ABATIMIENTO del producto
Cuando la carga del producto es calculada con un tiempo de abatimiento diferente a 24 horas, se usa factor de corrección:
Factor de corrección a la ganancia del producto: [24 horas / Horas de abatimiento]
Según BOHN, mientras que el abatimiento de temperatura del producto puede ser calculado, no debe otorgarse ninguna garantía en relación con la temperatura final del producto debido a los diversos factores incontrolables. (Esto es el tipo de empaque, posición de la carga, método de almacenamiento, etc.)
10. Ganancia de calor debida a las envolturas o envases
Cuando el producto está
contenido en botellas, cajas, envolturas, etc., el calor cedido por estos debe
considerarse en el cálculo de la carga total.
QE = W x Ce x (T2
– T1) x24
Cuando
no se conoce el peso, se calcula QE como un 5% de Q del producto
Donde:
QT = Carga
de calor en [BTU/h]
W = Peso
de las envolturas [lb/h]. Tabla
Ce = Calor especifico del material en [BTU/lb
0F].
T1 =
Temperatura de entrada [0F]
T2 =
Temperatura de salida [0F]
Factor de Seguridad
Una vez calculada la ganancia total se le agrega un factor de seguridad del 10% para con ello corregir cualquier error, omisión o inexactitud, es seguridad adicional o reserva disponible.
Carga
Térmica por hora por efecto del descongelamiento
La temperatura del evaporador
es muchas veces más baja que la del punto de congelación por lo que el vapor de
agua se condensa en los serpentines, formándose hielo, el cual evidentemente
afecta la eficiencia del sistema. Este proceso de descogelamiento se lleva a
cabo por varias maneras:
- Descongelamiento por interrupción del ciclo. Este
método consiste en apagar el sistema, el cual toma bastante tiempo.
- Descongelamiento por agua. Este método consiste en
la interrupción del sistema y se hace circular agua por el serpentín hasta que
se descongele
- Descongelamiento automático. En este caso se
calientan los tubos del evaporador por medios externos.
La carga térmica por hora sirve como guía en la selección del equipo Se calcula dividiendo la carga térmica final en BTU/24 hrs por el tiempo de funcionamiento deseado de la unidad condensadora y según BOHN es:
Cámaras sin reloj a 35 °F: 16
hrs
Cámaras con reloj a 35 °F: 18
hrs
Túnel de enfriamiento/congelación con deshielo positivo: 18 hrs
Conservador de congelados: 20 hrs
Refrigeradores de 25°F a 34°F con deshielo eléctrico ó por gas
caliente: 20-22 hrs
Cámaras a 50°F y temperaturas mayores, con temperatura del
serpentín por arriba de 32°F: 20-22 hrs
Carga total de refrigeración en cuarto fríos
QTOTAL= QTRANSMISION
+ QINFILTRACION + QPERSONAS + QEQUIPOS + QALUMBRADO
+ QVENTILACION +QPRODUCTOS + QRESPIRACION + QENVOLTURA
QGRAN
TOTAL = QTOTAL + 10% x QTOTAL
Factor de
seguridad = 10%
Requerimientos de enfriamiento [BTU/h] = QGRAN TOTAL [BTU/24h] / Horas de descongelamiento
Bibliografía:
Hernández Goribar, E.(2007). Fundamentos de Aire Acondicionado y Refrigeración. México. Limusa