ALMACENAMIENTO BAJO RÉGIMEN DE FRÍO

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1 ALMACENAMIENTO BAJO RÉGIMEN DE FRÍO TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS Enfriamiento del producto Calor respiración Transmisión de calor cerramientos Renovación de aire Organos de trasiego Otros (Díficil cálculo) Page CARACTERÍSTICAS BÁSICAS BALANCE EN SUPERFICIE EXTERNA Problema de termotransferencia combinada: Radiación en régimen transitorio en muro exterior. Convección en régimen transitorio con el ambiente externo. Flujo radiante incidente rs Conducción en régimen transitorio a través del muro. Convección al ambiente interno (radiación despreciable). T e Flujo convectivo ce T pe Flujo radiante rp emitido desde muro pe rs Flujo radiante reflejado Page 3 Page 4 1

2 BALANCE EN SUPERFICIE INTERNA COEFICIENTES DE PELÍCULA. RANGOS DE VARIACIÓN pi T pi T i ci ri Flujo radiante neto pared-cámara Flujo convectivo 30 [W/m ºC] EXTERIOR INTERIOR SITUACIÓN Page 5 Page 6 EXPRESIÓN GENERAL. RÉGIMEN ESTACIONARIO La potencia que atraviesa, por conducción/convección en régimen permanente unidireccional, una placa plana multicomponente, se expresa con la bien conocida expresión: con: Q M = potencia total transferida a través de la pared. U = coeficiente global entre los ambientes externo interno. S = superficie del cerramiento. Q M =U S T CORRECCIONES POR RADIACIÓN SOLAR INCREMENTOS [ C] EN TEMPERATURA EXTERNA COLOR Oscuro Medio ESTE 5 4 SUR 3 3 OESTE 5 4 TECHO PLANO 11 9 HIPOTESIS SIMPLIFICATORIA: REGIMEN ESTACIONARIO UNIDIRECCIONAL Claro Page 7 Page 8

3 CARGA A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS EXTERIORES De conocerse el flujo de calor " M [W/m ]" que atraviesa la pared, el cálculo de la potencia que la atraviesa queda reducido a: QM = M * S este flujo de calor depende del espesor de aislante interpuesto, de tal manera que si dicho espesor crece, disminuye la potencia aportada a través de la pared, sin embargo aumenta el precio a pagar por aislamiento. Por el contrario, en caso de interponer poco espesor de aislante el coste de este material será bajo, pero aumentará el consumo eléctrico de la máquina frigorífica para contrarrestar esta carga. FLUJO DE PERDIDAS. VALORES RECOMENDADOS CERRAMIENTOS EXTERIORES 16 [W/m ] PARED/TECHO [+10º a -10 ºC] PARED/TECHO [-0º a -35ºC] CERRAMIENTO SUELO En el Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigorificas. Instrucción IF 11, se establece que la densidad del flujo térmico será inferior a 8 W/m para servicios positivos y de 6 W/m para cámaras con temperatura negativa. Page 9 Page 10 CARGA A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS EXTERIORES una vez seleccionado el valor del flujo de pérdidas puede calcularse la carga por transmisión de calor a través de cerramientos, multiplicando por la superficie de estos, además también puede deducirse el valor del espesor de aislante para el cerramiento, considerando únicamente la capa de aislante, lo que supone un cálculo conservativo que permite contrarrestar posibles defectos en la colocación del aislamiento, o pasos a través del cerramiento de cableado eléctrico, etc : QM = M S = ea QM S T k a RECOMENDACIÓN ASHRAE. CERRAMIENTOS EXTERIORES Evidentemente la adopción de un flujo de pérdidas, es un proceso similar al de admisión de un valor para la resistencia térmica para los cerramientos (aproximadamente la inversa del valor de e a /k a ), así ASHRAE propone los valores recogidos en la tabla. Instalación Temp. Interior Suelos Paredes y techos Techos suspendidos [ºC] [m K / W] [m K / W] [m K / W] Refrigeración 4 10 Solo aislado perimetralmente Refrigeración Congelación Congelación Page 11 Page 1 3

4 MATERIALES AISLANTES. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA AISLAMIENTO TÉRMICO MATERIAL Poliestireno expandido Poliestireno extruido Fibra vidrio y poliestireno globular Corcho Poliuretano expandido k" [W/m K] 0,07 a 0,035 0,088 0,0361 0,033 a 0,04 0,019 a 0,06 Page 13 Page 14 AISLANTES INDUSTRIALES AISLANTES INDUSTRIALES. PANELES Page 15 Page 16 4

5 CÁMARAS DESMONTABLES CÁMARAS. ACCESORIOS SUJECCIONES EQUILIBRADO Page 17 Page 18 SUELOS. Saltos térmicos Suelos; en este caso cabe considerar dos posibilidades: Para cámaras a temperatura positiva (T > 0 C) se toma 15 C como temperatura del suelo. Para cámaras a nivel inferior a 0 C se disponen sistemas de calentamiento para evitar la congelación del suelo, por tanto ahora deberá distinguirse según el sistema destinado a tal efecto, con lo que las temperaturas del suelo se tomarán como: 1 C para suelos con calentamiento. 3 C para suelos con canales de ventilación (vacío sanitario). A pesar del aislamiento térmico del suelo, debe compensarse la cantidad de calor que lo atraviesa, para evitar que se hiele el subsuelo. Si este se helara, expandiría hacia arriba con la fuerza suficiente para levantar y agrietar el suelo de la cámara frigorífica, pudiendo incluso debilitar los cimientos del propio edificio. Este efecto es conocido como "frost heave". En un principio se pensaba que la elevación del suelo se debía a la dilatación del agua al helarse, ahora se piensa que el fenómeno se debe a que los cristales de hielo atraen al agua del suelo de las cercanías formando bolsas de hielo. SUELOS. CONGELACIÓN En muchos casos la congelación del suelo no muestra resultados evidentes, excepto el aumento de dureza, en otros, la elevación del suelo y su desplazamiento vertical pueden ocasionar importantes problemas. Cuando la cantidad de hielo va aumentando, las bolsas de hielo pueden aumentar de forma creciente ejerciendo una presión que genera el levantamiento y rotura. La dilatación del suelo debido a la formación de bolsasdehielovaríanenungranrango,seproducirse,movimiento verticales de 0.1 a 0. m. no son raros, pudiendo alcanzarse valores de 0.6 m. Page 19 Page 0 5

6 SUELOS. SISTEMAS ANTICONGELACIÓN CALENTAMIENTO SUELO El Instituto Internacional de Refrigeración recomienda varios sistemas de protección contra la congelación de suelos. (Vacío sanitario ó sistemas empotrados de calentamiento). Page 1 Page TECHOS. TIPOS Por lo que respecta al techo de cámaras existen dos grandes posibilidades constructivas; la primera con estructura externa y aislamiento interno, y la segunda con aislamiento externo y estructura interna. TECHOS. AISLAMIENTO INTERNO En el caso de aislamiento interno, este se mantiene suspendido de la estructura mediante unos tirantes a la estructura de la cámara Page 3 Page 4 6

7 TECHOS. APROVECHAMIENTO Lostechosdelascámarasfrigoríficas,especialmenteencaso de aislamiento externo, proporcionan una superficie apta para disponer un campo de colectores fotovoltaicos que aprovechen dicha superficie Cerramientos internos. Saltos térmicos Paredes a otras cámaras; diferencia entre los niveles térmicos en ambos locales. Paredes a espacios no acondicionados; según Lebedev: Un 70% del salto entre ambientes externo e interno si el espacio tiene salida directa al exterior. Un 60% del total si el espacio es cerrado. Page 5 Page 6 TRANSFERENCIA DE VAPOR TRANSFERENCIA DE VAPOR DE AGUA A TRAVÉS DE CERRAMIENTOS En las plantas frigoríficas se tiene el caso de un ambiente de baja presión interna y relativa alta presión en el ambiente exterior. Por tanto, se tiene un gradiente de presiones, y, de no tomar medidas, se produce una migración de masa de agua del exterior al interior de la cámara. Este transporte de vapor de agua puede alcanzar niveles térmicos por debajo de la temperatura de rocío dando lugar a condensaciones internas en el cerramiento, las cuales se detectan por desarrollos microbianos), y si las temperaturas en el cerramiento son inferiores a 0ºC su congelación, la cual acarrea la rotura del aislante y con ello un puente térmico. Aún en el caso de no producirse cambios de estado en el vapor de agua, su presencia en el aislamiento es nociva, ya que la conductividad del vapor de agua es del orden de 0.56 W/m K, valor elevado frente a los valores de conductividad térmica de estos materiales. Page 7 Page 8 7

8 TRANSFERENCIA DE VAPOR CONDENSACIÓN INTERNA (DESARROLLOS MICROBIANOS). LA BARRERA ANTIVAPOR La forma de evitar la condensación intersticial es la disposición de una barrera antivapor, la cual disminuye de forma importante la migración a travésdel cerramiento. Page 9 Page 30 LA BARRERA ANTIVAPOR LA BARRERA ANTIVAPOR Las barreras antivapor pueden realizarse mediante capas de betún, plástico, papel de aluminio, láminas de polietileno, etc, normalmente los paneles aislantes suelen disponer, en ambas caras, capas que realizan esta función. En el Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigoríficas. Instrucción IF 11, se establece que Las cámaras dispondrán de una barrera antivapor construida sobre la cara caliente del aislante, excepto en el suelo de aquellas cámaras de conservación de productos en estado refrigerado donde no sea requerido aislamiento. La barrera antivapor será dimensionada para impedir la presencia de condensación intersticial. En cualquier caso el valor de la permeabilidad de la barrera de vapor para las cámaras proyectadas para funcionar a temperaturas negativas deberá ser inferior a 0,00 g/m.h.mmhg. Materiales en forma de lámina (1) Resistencia al vapor () MN s/g Resistencia al vapor () mmhg m día/g Hoja de aluminio de 8 micras Lámina de polietileno de 0, mm Lámina de polietileno de 0, mm Lámina de poliéster de 5 4,08 micras Papel Kraft con oxiasfalto 9,7 0,84 Papel Kraft 0,43 0,037 Pintura al esmalte 7,5-40 0,65-3,48 Papel vinílico de revestimiento ,43-0,86 (1) Pueden considerarse como barreras de vapor aquellos materiales laminares cuya resistencia al vapor está comprendida entre 10 y 30 MN s/g (0,86 y 0 mmhg m día/g). () Es el inverso de la permeabilidad al vapor Page 31 Page 3 8

9 TRANSPORTE MERCANCIAS PERECEDERAS TIPOS DE VEHICULOS Vehiculo isotermo. Totalmente aislado Vehiculo refrigerante. Isotermo con fuente fria, sin maquina de producción. Vehiculofrigorifico. Isotermo con maquina Vehiculo calorifico. Isotermo equipado con dispositivo generador de calor EL TRANSPORTE FRIGORÍFICO B.O.E. 11/9/1970 ADHESION ESPAÑA TRANSPORTES INTERNACIONALES Page 33 Page 34 TRANSPORTE MERCANCIAS PERECEDERAS VEHICULOS ISOTERMOS Isotermo normal IN". Coeficiente global K" < 0,7 W/m ºC Isotermo reforzado IR". Coeficiente global K < 0,4 W/m ºC TRANSPORTE MERCANCIAS PERECEDERAS VEHICULOS REFRIGERANTES La fuente fría permite bajar la temperatura y mantenerla con una exterior de 30ºC, según clase. a +7ºC como máximo para la clase A a 10ºCcomomáximoparalaclaseB a 0ºCcomomáximoparalaclaseC Deben tener recipientes para la fuente fría para: Ser cargados o recargados desde el exterior. Bajar la T según clase y mantenerla al menos 1 horas sin repostar. Las clase "B" y "C" deben tener un "K" menor a 0,4 W/m ºC. Page 35 Page 36 9

10 TRANSPORTE MERCANCIAS PERECEDERAS TRANSPORTE MERCANCIAS PERECEDERAS VEHICULOS FRIGORIFICOS La máquina permite bajar la temperatura y mantenerla a un valor deseado "t*", con exterior de +30ºC. t* entre +1 y 0ºC para la clase A t* entre +1 y 10ºCparalaclaseB t* entre +1 y 0ºCparalaclaseC t* igual o inferior a +ºC para la clase D t* igual o inferior a 10ºCparalaclaseE t* igual o inferior a 0ºCparalaclaseF El coeficiente "K" para las clases B,C,E y F deberá ser igual o inferior a 0,4 W/m ºC. Page 37 Page 38 ESPESOR ÓPTIMO DE AISLAMIENTO COSTE TOTAL ESPESOR ÓPTIMO DE AISLAMIENTO PARA MÍNIMO COSTE ANUAL AMORTIZACIÓN DE LA INVERSIÓN COSTE DE EXPLOTACIÓN Page 39 Page 40 10

11 ESPESOR DE AISLAMIENTO. COSTES DE INVERSIÓN Coste de la maquinaria frigorífica, por unidad de superficie de cerramiento. ESPESOR DE AISLAMIENTO. COSTES DE INVERSIÓN Coste del aislamiento, por unidad de superficie de cerramiento. p.c con: [u. m / m ] i 0. pi = Suma de potencias frigoríficas para cada una de las cargas. c 0 = precio medio de la potencia instalada. cr + ci ea [u. m./ m ] con: c r = coste de "acabado" del aislante. c i = coste proporcional al espesor del aislante. e a = espesor de aislamiento. Page 41 Page 4 ESPESOR DE AISLAMIENTO. COSTES DE INVERSIÓN Coste de la inversión, suma de los de equipamiento y material aislante: ESPESOR DE AISLAMIENTO. COSTES DE EXPLOTACIÓN Potenciafrigoríficaparacontrarestarlacargaatravesde cerramientos I i. = p.c0 + cr + ci ea [u. m / m ] con: p M k e a a T [kw/ m F k a = Conductividad térmica del aislante. a = Coeficiente de imperfección del aislante t F = Tiempo diario de funcionamiento de la planta de frío. ] Page 43 Page 44 11

12 ESPESOR ÓPTIMO DE AISLAMIENTO PARA MÍNIMA INVERSIÓN Derivando la suma de costes de inversión e igualando a cero, se obtiene: ESPESOR ÓPTIMO DE AISLAMIENTO. AMORTIZACION DE CAPITAL La amortización anual de la inversión total será: e a di d e a k a = - c0 ea (mínima inversión)= T + c F i F co T k ci a con: a = tasa de amortización (del orden del 15%) I = inversión inicial. a I Page 45 Page 46 TIEMPO ANUAL DE FUNCIONAMIENTO Período medio de marcha horario de la planta frigorífica,y tiempo de funcionamiento anual (con Te.m. como temperatura media anual). T e.m. - T F = F T max T e.m. - T c t = F. T max c [h / año] ESPESOR ÓPTIMO DE AISLAMIENTO MINIMO COSTE ANUAL Potencia absorbida en función del COP medio. pi p = c COP Coste del consumo eléctrico (ce = precio de la electricidad). pi ce t COP Page 47 Page 48 1

13 Espesor óptimo de aislamiento. Mínimo coste anual ea = k a T F c0 + ci a ce ci t COP Page 49 13