U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 1/8 CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS DIVISION DE INGENIERIAS

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1 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 1/8 MAQUINA FABRICADORA DE HIELO EN ESCAMA Bernardo III González Casas (benyglez@starmedia.com) Bernardo González Lozano, Gustavo Gómez Mendoza (gustavin121@hotmail.com) RESUMEN Las características de nuestra maquina es la siguiente según la necesidad del consumidor la capacidad de la maquina es variada pero para el prototipo que se llevara acabo se pretende realizar una maquina de dimensión más pequeña que algunas que existen en el mercado pero que será capas de producir un estimado de 200 kg de hielo por 24 hrs. Y ocupando un espacio aproximadamente de 2m 3. Más económico la producción de hielo en escamas requiere menos energía que cualquier otra forma de hielo: 1.3 toneladas métricas de refrigeración para cada tonelada métrica de hielo, basado en el uso de agua con una temperatura de 16 C. En un sistema completo incluyendo maquinas de hilo, del almacenaje y distribución, el hielo en escamas cuesta menos. El hielo en es las formas preferida por una gran mayoría de compañías e industrias, para almacenaje y transportación de mariscos y pescados, enfriamiento y transportación de comestibles perecederos, procesamiento de aves caseras y carnes, enfriamiento de masa, producción de tintes y químicas, y enfriamiento de cemento durante la construcción de presas La forma más económica y eficaz es el hielo en escamas. ANTECEDENTES Desde tiempos inmemoriales la capacidad del hombre por evolucionar y llevar mas allá su conocimiento, que en un principio rudimentario y escaso de experiencia, y que alguna vez puso a prueba su manera de subsistir, hoy en día todo se ha olvidado pero lo que parecía imposible en aquel tiempo ahora es una realidad, el hombre sé a desempeñado con un gran éxito en cualquier campo y demostrado que la supervivencia en estos tiempos solo se a convertido en una manera normal de vida en la cual el alimento, el vestir, un lugar donde habitar, es solo cuestión financiera y no de una lucha diaria para conseguir el alimento, buscar refugio y protegerse del peligro. En este documento lo que pretende es enfatizar que el campo que ha colaborado a la evolución de la humanidad es sin duda la utilización del conocimiento científico y su herramienta principal la ingeniería aplicada y los métodos que esta desarrolla para el mejoramiento de la vida. Así pues queda

2 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 2/8 en claro que el hecho de tener conocimiento y de aplicarlo nos lleva al diseño de tecnología la cual hace la vida fácil de sobrellevar y simplificarla, ofreciendo equipo confiable y seguro sin olvidar él que sea rentable para quienes lo utilizan. El diseño de métodos de conservación de alimento han sido una de las principales necesidades de satisfacer desde hace mucho tiempo atrás aunque no existen antecedentes de que las antiguas civilización utilizara el frío para conservar sus alimentos se conoce que en el antiguo Egipto se enfriaba el agua poniéndola en jarrones porosos durante la noche, lo cual hacia que el agua perdiera unos cuantos grados de temperatura en relación con la del ambiente. CALCULO Él calculó de los elementos del sistema de se basa en la capacidad de toneladas de refrigeración que necesitamos para poder crear nuestro hielo en escamas para esto se deben contemplar dos de las temperaturas que intervendrán y un tiempo de 5 min. Para crear el hielo. La primer temperatura que será suministrada de un tanque contenedor a la superficie de evaporación no debe ser menor de 45ºF (7ºC) y la temperatura en el evaporador debe estar aproximadamente den los 20ºF (-29ºC) esto es porque se pretende crear un hielo subenfriado y que cumpla con las ventajas y condiciones ya mencionadas en capítulos anteriores para este calculo que se hará a continuación los valores de entalpías y calores específicos han sido tomados de tablas de refrigeración Una tonelada de refrigeración es un a unidad de refrigeración original mente derivada de la cantidad de calor absorbida por 2000 lb. de hielo a 32ºF hasta convertirse en agua a 32ºF en 24 hr. Considerando el calor latente del agua como 144 Btu/lb datos a nivel del mar y es definida de la siguiente manera: La cantidad de energía necesaria para derretir una tonelada de hielo en un día (24 horas) dicha energía equivale a 288,000 Btu/24hr, Btu/24hr o 200 Btu/min esta es la capacidad de absorción de calor por el refrigerante. A continuación se realiza él calculo de las toneladas de refrigeración también conocida como TR Hielo = -20ºF Agua = 68ºF Masa por día = 200 kg/24 hrs. = lb/24 hrs, lb/hrs., lb/min. m = masa agua = lb /5 min. Q sa = m C ea T Q sa = (1.5309lb)(1 Btu/lb*ºF)(68ºF-32ºF)= 55.11Btu Q L = m h fusión Q L = (1.5309lb)(144 Btu/lb)= Btu Q H = m C eh T Q H = { (1.5309lb)(.5 Btu/lbºF) [(32-(-20)]} = Btu Q total = ( ) Btu = Btu., Btu/5min., Btu/min, Btu/hr, btu/24 hrs.

3 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 3/8 SELECCIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO COMPRESOR El compresor tiene la función de tomar el Vapor refrigerante del evaporador a presión y temperatura bajas y elevarlo a una presión y temperaturas superiores, descargándolo en el condensador. El compresor funciona de dos maneras Baja la temperatura del refrigerante en el evaporador de forma que pueda absorber calor. Eleva la temperatura del refrigerante en el condensador para que pueda descargar el calor. El compresor por lo tanto aumenta la presión y la temperatura del refrigerante a un nivel mas alto, donde el calor pueda ser transferido al aire o al agua que fluye a través del condensador; así, el vapor refrigerante se condensa a alta presión en un liquido a alta presión dándose las condiciones para que el ciclo se inicie de nuevo. Se selecciono el compresor con el fin de que tenga capacidad suficiente para hacer frente a la carga máxima de enfriamiento dado que la mayoría de las cargas varían la mayor parte del tiempo el compresor estará sobre dimensionado. Sabiendo que la capacidad estimada de la maquina es de 200 Kg. de hielo, y tomando en cuenta el análisis de la cantidad de calor a retirar del agua, se hace una sencilla relación para determinar la capacidad del compresor Kg. de hielo toneladas de refrigeración (TR) 200 Kg. de hielo toneladas de refrigeración (TR)

4 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 4/8 Tomando en consideración algunas equivalencias entre las toneladas de refrigeración y el equivalente en BTU/hr: 1 tonelada de refrigeración Btu/24 hr..460 toneladas de refrigeración Btu/ 24 hr. El compresor hermético de acuerdo al calculo de ½ tonelada de refrigeración, con una potencia de 1 HP, y con una capacidad de 5585 BTU/hr equivalente a.460 de tonelada de refrigeración aproximadamente, pero de acuerdo a las capacidades comerciales la selección que se hace es para una capacidad de ½ tonelada de refrigeración, de aproximadamente 746 watts o.746 Kw. CONDENSADOR El condensador esta localizado del lado de la descarga del compresor. El vapor del refrigerante caliente entra al condensador proveniente del compresor y sale del condensador como un refrigerante liquido subenfriado la función del condensador es transferir calor que ha sido absorbido por el sistema hacia el aire o el agua en nuestro caso el condensador será enfriado por aire el aire externo que pasa sobre la superficie del condensador disipara este calor hacia la atmósfera. Aproximadamente el 14% del calor es eliminado en forma de sobrecalentamiento, el 81% se elimina por condensador y 5% del calor se elimina por subenfriamiento. Aun cuando el subenfriamiento solo representa una pequeña porción de rechazo total de calor es importante por dos razones. a) asegura que entrara al dispositivo de medición una corriente continua de liquido. b) Agrega o aumenta la capacidad de enfriamiento del sistema en razón de.5% sobre la capacidad de enfriamiento total por cada grado de subenfriamiento. El calor total rechazado es la suma del calor retirado de la carga, mas el calor generado de la compresión: Q T = Q compresor + Q carga Donde: Q T = Calor total rechazado Q compresor : Calor por efecto de la compresión Q carga : Calor retirado de la carga Tomando en cuenta estos dos aspectos a tomar para la selección del condensador y aparte la temperatura de condensación se realiza el siguiente calculo para tener la capacidad requerida:

5 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 5/8 CALOR T0TAL RECHAZADO =capacidad del compresor (kcal/hr.) + (860 * Kw.) En este cálculo es muy importante la presión del refrigerante desde que sale del compresor hasta que llega al condensador, para eso es importante saber a que temperatura esta saliendo del compresor, y deberá existir la condición de que la temperatura del refrigerante saliendo del compresor y llegando al condensador sea mayor que la temperatura ambiente, ya que únicamente de esa manera existirá una transferencia de calor entre el refrigerante a alta presión y el ambiente en que se deja el condensador. RECIBIDOR El recibidor es el tanque que recibe el refrigerante para ser iniciado el ciclo de refrigeración, la capacidad de este se selecciona en base al fluido, en este caso el R22, esto aproximadamente de algunos 2000 dm³, equivalente a 2 litros de fluido, tomando como referencia el volumen especifico del agua que es igual a 1000 cm³/kg. Este recibidor se construye con la norma especificada para la presión de gases anteriormente mencionadas ya que únicamente recibe el liquido refrigerante, lo único que se hace es ver que cantidad de refrigerante va a llegar cada determinado tiempo al tanque recibidor, ya que si se efectúa mal la estimación puede haber una sobre circulación de refrigerante en la distintas tuberías del sistema. Algunas veces o casi todas se selecciona por medio de unas tablas del fabricante donde muestra la relación entre el liquido a recibir ( caudal ) y el volumen necesario para almacenar determinado liquido refrigerante. Es necesario el espacio adicional de almacenamiento para los fines siguientes. a) aceptar cambios en las condiciones durante la operación. b) Drenar con libertad el refrigerante del condensador. c) Utilizar un método de inundación de refrigerante para el control de presión. d) Disponer de un sitio para almacenar la carga del sistema durante los procedimientos de servicio o durante periodos de desconexión prolongada. Este se ubicara por debajo del condensador la cantidad de refrigerante a utilizar variara de manera inversamente proporcional con la carga. Para nuestro caso utilizaremos un receptor de flujo continuo en el que el liquido fluye a través del receptor antes de pasar al dispositivo de medición. E l liquido estar saturado ya que estarán presentes a la vez liquido y vapores EVAPORADOR El evaporador es un intercambiador de calor con el refrigerante contenido en los recipientes. El fluido o producto refrigerante esta separado del refrigerante por las paredes del intercambiador de calor. El evaporador es aquella porción del ciclo de refrigeración por compresión de vapor donde el calor fluye hacia el interior del sistema. El flujo de calor ocurre porque la temperatura de refrigerante

6 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 6/8 es menor que la temperatura del agua que se va a enfriar. La temperatura del refrigerante dentro del evaporador se mantiene a la temperatura de saturación correspondiente a la presión del evaporador El evaporador a utilizar se de tipo inundado donde se produce una mayor capacidad de enfriamiento cuidando de que el refrigerante saturado, que fluye hacia el compresor, no contenga nada de líquidos que pudieran ser causa de daños mecánicos, para esto es necesario ubicar un acumulador (trampa de liquido) en la tubería de succión. Al evaporador se le suministrara el liquido refrigerante a través de una válvula de flotación esta es encargada de la medición del refrigerante. EL ACUMULADOR El acumulador es un recipiente colocado en la tubería de succión delante del compresor para recolectar cualquier refrigerante liquido que no se haya evaporado antes de llegar al compresor. Este se instala en la tubería tan cerca dela entrada de compresor como se posible. Debido al volumen mayor existente en esta área y la reducción en la velocidad del refrigerante, el refrigerante liquido y el aceite lubricante se depositaran en la parte inferior del recipiente en vez de entrar en la apertura de succión que va al compresor. El refrigerante acumulado se evaporara de manera gradual entrando al compresor como un vapor El evaporador es el elemento esencial de cualquier sistema de refrigeración, ya que el evaporador es el que hace el trabajo de robarle el calor a la carga, en este caso agua, el refrigerante esta por debajo de la temperatura del agua, efectuándose una transferencia de calor entre el agua y el refrigerante. Como la producción será de 200 kilogramos de hielo a lo largo de 24 horas, equivalente a un día, se consideran los siguientes pasos. El tanque del evaporado será construido con tubos de ACERO AL CARBON de 8 y 10 de diámetro interior con una altura de 15. D= D=8 Vista frontal Vista superior

7 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 7/8 VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTATICAS, MIRILLAS, CONECTORES. VÁLVULA EXPANSIVA MANUAL CORTE TRANSVERSAL DE LA VÁLVULA DE EXPANSIÓ RESULTADOS Hasta hoy, el proyecto está en buen alcance, no se puede hablar de resultados, hasta su culiminación final, mientras tanto es importante mencionar el funcionamiento y su cuerpo. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS - REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

8 U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R A 8/8 -ROBERT L. MOTT -MANUAL DE REFRIGERACIÓN -EDITORIAL PEARSON TOMO I,II Y III -PAGINAS DE INTERNET - -