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[cence]

Hola a todos:

Alguien me puede dar una idea de como diseñar un sistema de refrigeración portatil para conservar productos congelados, de 10 litros de capacidad útil, donde la temperatura de la cámara esté por debajo de 0 ºC.

Gracias por sus respuestas.

Danny

[Art Montemayor]

Danny:

Por favor, danos todos tus datos en forma específica:

¿Que es lo que significa "portátil"? ¿De que tamaño – o caballaje es el equipo?
¿Qué vas a emplear para condensar tu refrigerante? Supongo que piensas emplear un sistema de refrigeración mecánica. A lo contrario, indícanos que sistema piensas emplear.
Si piensas emplear un sistema mecánico, ¿como propones marchar tu compresor?
¿Cuales son los productos congelados que vas a conservar? ¿O no sea que los quieres congelar en vez de conservarlos en el estado congelado?
¿Cual – específicamente – es la temperatura que quieres mantener en tu vaporizador?
¿Que es tu capacidad de refrigeración – en toneladas o en Btu/hr?
¿Que refrigerante piensas emplear?

Además, ¿que es tu nivel de conocimiento en refrigeración – ya has terminado tus cursos en termodinamica? ¿En que año universitario te encuentras?

[cence]

Bueno, ante todo gracias por su tiempo.

Podría empezar con el tema: "Diseñar un sistema de refrigeración portatil con capacidad para conservar productos congelados, de 10 litros de capacidad útil. El sistema debe manener una temperatura de cámara menor a 0º C, durante al menos 3 horas luego de ser accionado."


Por ejemplo el problema a solucionar podría ser: Una familia se va de campamento por lo menos una semana, entonces antes de salir de casa uno de ellos acciona el sistema de refrigeración de tal manera que durante el transcurso los productos alimenticios* que lleven no se malogren. Ya en el campamento se tendrá que accionar el sistema cada cierto tiempo para mantener los alimento.

Respondiendo las preguntas...

-Estoy realizando mi tema de tesis, respecto al tema mencionado enteriormente; al decir portátil me refiero a que se puede llevar a cualquier lado (como se menciona de 10 litros de capacidad esto me conlleva a mencionar que sería aproximadamente de 10 kilos de capacidad) y por lo tanto este sería cargado por dos personas, lo óptimo sería que sea cargado por una persona. Lo que llevaría a tener un tamaño de aproximadamente 1 x 1.5 x 1 m (esto no está definido en el tema de mi tesis)

-Respecto al refrigerante yo tengo que definirlo (en estos momentos estoy buscando propiedades de los diversos refrigerantes más conocidos), si en ese aspecto usted me puede aconsejar algunos ya yo los tendría que hacer una selección respectiva. Para mover el compresor este tendría que realizarse de forma mecánica (entre esas ideas estoy viendo entre moverlo con los brazos como se hace en un detonador de bombas o por medio de pedales como una bicicleta, pero ahi entraría a tallar la ergonomía del usuario).

-El producto se conservará mediante la congelación (el producto tengo que definirlo yo*).

-Respecto a la temperatura en el vaporizador, en eso no tendría limites, pero claro debería a estar a una temperatura que por ahi en un contacto de casualidad no cause daño al cliente.

Gracias nuevamente.

Danny

[Art Montemayor]

Danny:

Aun no es posible comenzar una charla seria sobre tu proyecto porque simplemente no has presentado un alcance – "Scope of Work" – que no solo es necesario para cualquier proyecto, pero que también es el PRIMER paso para dar al comenzar cualquier diseño.

El alcance es vital para cualquier diseñó porque sin este documento – o descripción – no se puede uno embarcar en un empresa que va consumir tiempo, hombre-horas, plata, y voluntad. Un alcance para tu proyecto forzosamente tiene que definir:

1) Que tamaño de equipo propones mantener bajo refrigeración. Esto usualmente se mide en forma de carga de refrigeración – toneladas de refrigeración o Btu/hora (kWs, cal/hora, etc.).

2) Que productos y sus dimensiones y características deben ser mantenidos en forma congelada? Cuando hablas de litros (medida usualmente empleada para líquidos) hablas de volumen de liquido o de sólidos? Hay una gran diferencia en un diseño para refrigerar líquidos o sólidos. Las dimensiones de las piezas individuales es importante saber para poder efectuar una transmisión de calor que funciona en forma eficiente.

3) Nuevamente te ruego que nos digas que tipo de sistema de refrigeración has decidido emplear: ¿mecánico o de absorción? Si aun no has decidido este importantísimo punto, pues entonces no se puede seguir adelante. No entiendo el porque no has respondido a esta pregunta importante. Sin saber que tipo de refrigeración, no es posible determinar - o mucho menos hacer una recomendación sobre - el fluido refrigerante que se debe emplear.

4) ¿Como propones abastecerle energía a tu sistema? Tenemos que saber si piensas emplear motor eléctrico, vapor, leña, o fuerza human (la bicicleta). Pero antes de arrancar el diseño, se tiene que saber definitivamente como vas a poner en marcha tu sistema. Esto se necesita saber para poder determinar si se necesitan poleas, ruedas, palancas, fajas, engranajes, o simple acoplamientos de ejes. Por eso, también, se tiene que tener una definición del tipo de compresor o de hervidor que el sistema requiere.

Anteriormente te pregunté si tu alcance propone congelar producto, o mantener producto congelado. Este importante punto creo que lo has definido con tu frase: "Una familia se va de campamento por lo menos una semana, entonces antes de salir de casa uno de ellos acciona el sistema de refrigeración de tal manera que durante el transcurso los productos alimenticios* que lleven no se malogren." Yo interpreto esto como decir que el sistema de refrigeración solo va conservar el producto – no enfriarlo. En otras palabras, la carga normal de refrigeración será únicamente la perdida de frió que se sufre a través del aislamiento del vaporizador. Te pido que confirmes esta interpretación de tu explicación.

También seria útil que nos digas en que año universitario estas, cuantos cursos de termodinámica has tomado, y cuanto has estudiado (y trabajado con) la refrigeración.

Espero tu respuesta y datos especificos.

[cence]

Hola Art Montemayor:

Como le mencioné antes mi tema de tesis es: “Diseñar un sistema de refrigeración portátil con capacidad para conservar productos congelados, de 10 litros de capacidad útil. El sistema debe mantener una temperatura de cámara menor a 0º C, durante al menos 3 horas luego de ser accionado”, por ello no tengo definidos mis valores numéricos tales como la carga de refrigeración, estuve investigando como se halla esta y los parámetros que debería tener son: las dimensiones de la cámara, espesor de aislante, el tipo de producto, etc, para este último estuve investigando acerca de las propiedades térmicas de los alimentos (no encontre mucho, si usted tiene esta información sería de gran ayuda que me lo pueda dar) y como le mencioné que el uso de este sistema de refrigeración sería para paseo familiar, entonces con ello se definiría los alimentos tales como: carnes, embutidos (hot dogs, chorizos, etc), estas con dimensiones de aprox. 0.15x0.15x0.15 m, otras serían algunas verduras y frutas, todo estos productos pesarían alrededor de 10 kilos; respecto a las dimensiones de la cámara podría ser de 0.7x0.7x0.5 m, el espesor del aislante aún no lo calculo.

El tipo de sistema de refrigeración a emplear es mecánica (sistema de refrigeracion por compresión).

Exactamente, el sistema de refrigeración sólo va a conservar el producto.

Tengo una duda si uso un compresor, este necesariamente tiene que estar en constante movimiento (el pistón) para que funcione el sistema de refrigeración?, porque si es asi entonces el usuario tendría que estar en contacto con este equipo siempre y la idea es que no comprima (manual y mecanicamente) por 3 horas por lo menos. Como puede notar esta es la parte más tediosa de todo el diseño.

-Respecto a mi, estoy llevando cursos del 9no y 10mo ciclo (la carrera aquí es de 10 ciclos, por lo tanto el otro año estaría acabando la universidad); he llevado los cursos de "termodinámica 1 y 2" y "Transferencia de calor", por lo del tema de refrigeración no eh llevado ningún curso y respecto a este se puede decir que mis conocimientos son pocos, a lo mas habré resuelto unos ejercicios de sistemas de refrigeración por compresion.


Nuevamente gracias y espero comprenda mi demora en responderle, como le mencione antes estuve buscando información para ver cómo se calcula la carga de refrigeracion y las propiedades de térmicas de alimentos.

Danny

PD. Le muestro lo que pude encontrar acerca de algunas propiedades de térmicas de alimentos.

Attached Files

•  Propiedades_termicas_de_los_alimentos.doc   95KB   36 downloads

[Art Montemayor]

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->Danny:<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->Gracias. Por fin, ya comenzamos en serio a definir exactamente que es lo que tienes que entregar como producto de tu proyecto. La razón por la cual he insistido en detalles y una definición de tus instrucciones para llevar a cabo este proyecto se explica en lo que, por fin, ya podemos fijar:<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->1) Tengo que suponer que debes, ante todo, seguir las instrucciones de tu tesis en forma fiel y seria, siguiendo lo que te han pedido e indicado. Por lo tanto, vamos a investigar estas mismas para asegurarnos de lo que debes hacer.<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->2) <!--coloro:#ff0000--><span style="color:#ff0000"><!--/coloro-->"Diseñar un sistema de refrigeración portátil…."<!--colorc--></span><!--/colorc--> – bueno, esto no tiene nada de chiste ya que tu has tomado Termodinámica I y II. No estoy de acuerdo contigo cuando dices "por lo del tema de refrigeración no eh llevado ningún curso y respecto a este se puede decir que mis conocimientos son pocos". Si has tomado Termodinámica I y II, forzosamente tienes que haber estudiado el sistema básico de refrigeración mecánica y el ciclo de Carnot. Basándome en los años que trabajé en el Perú y todos los ingenieros nacionales que adiestré, se personalmente que los principios y problemas de refrigeración se enseñaban en las universidades Peruanas en aquel entonces y espero que las cosas se habrán mejorado en lo que se trata de materia termodinámica. Tengo que suponer que tú vas entender todo lo que escribo sobre la refrigeración porque a estas alturas ya no queda tiempo para enseñar teoría o practica básica. El sistema de refrigeración es un tema bien estudiado y utilizado en el mundo entero y es compuesto de componentes bien conocidos como compresor, condensador, acumulador, válvula de expansión, vaporizador, y fluido refrigerante. Los cálculos para diseñar este sistema son bien conocidos y se hacen fácilmente.<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->3) Tu tesis pide que tu sistema sea <!--coloro:#ff0000--><span style="color:#ff0000"><!--/coloro-->"<b>con capacidad</b> <!--colorc--></span><!--/colorc--><b><!--coloro:#ff0000--><span style="color:#ff0000"><!--/coloro-->para conservar productos congelados"<!--colorc--></span><!--/colorc-->.</b> Esta definición es lo que tanto te pedía. Ahora me doy cuenta que tu proyecto no es uno de refrigeración, sino uno de <b><u>AISLAMIENTO</u></b> (transferencia de calor). En mi opinión, estas preocupandote sobre detalles que no tienen importancia. Dices "si uso un compresor, este necesariamente tiene que estar en constante movimiento" y te equivocas que el funcionamiento del compresor no es el tema de tu tesis. <b>LA CONSERVACION</b> del frió es lo importante – no la refrigeración de las provisiones que se encuentran en el vaporizador, ya sean lo que sean. Basándome en la definición de tu tesis, solo te piden que conserves el frió – no que lo produzcas. Claro, que vas a tener que producir algún frió – pero solo para reemplazar el que se pierde debido a la ineficiencia de tu aislamiento. Tenemos que establecer el hecho que tu cargamento en la cámara originalmente existe ya congelado – sin necesidad de refrigeración. La única refrigeración que tienes que abastecer es la que se necesita para reemplazar el frió que se pierden la paredes de tu cámara. Tu proyecto es bien sencillo y simple, según mi entendimiento.<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->4) Olvidémosnos de las propiedades térmicas de los alimentos como los hot dogs, chorizos, etc. Debes concentrarte en crear una cámara eficiente en su conservación del frió (un mínimo de transferencia de calor). Por lo tanto, encontrar el mejor aislamiento debe de ser tu prioridad y, luego, calcular su espesor requerido para cumplir con tus especificaciones.<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->5) Una vez que determinas cuanto frió vas a perder (por que obviamente no existe el aislamiento 100% perfecto), puedes comenzar a diseñar tu sistema de refrigeración mecánica para asegurar que tu cámara se mantiene congelada. Esto va ser fácil. Puedes escoger un fluido refrigerante en la página <!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/<!--sizec--</span><!--/sizec--<!--fontc--</span><!--/fontc-->
<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo-->
<!--fonto:Times New Roman--><span style="font-family:Times New Roman"><!--/fonto--><!--sizeo:4--><span style="font-size:14pt;line-height:100%"><!--/sizeo--><!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->Allí puedes encontrar todas las propiedades de refrigerantes como el R134a, que es uno de los populares últimamente. Esta información termodinámica es completamente gratuita – y de la más exacta.<!--sizec--></span><!--/sizec--><!--fontc--></span><!--/fontc-->

[cence]

Gracias por la página de los refrigerantes, esta buena.

Danny

[cence]

Hola Art Montemayor, bueno acabo de retomar mi curso este ciclo, de ahí la demora en responder estos mensajes:

Bueno primero hallé la cantidad de calor que debe de absorber mi evaporador que es de alrededor de 9.00 W, esto debido a que solo se conservará el producto congelado previamente a -5 ºC, hallados así el espesor de mi aislante. Ahora tengo algunas dudas, pero sin antes aclarar lo siguiente:

1) Que el volumen de mi espacio para los alimentos es de alrededor 0,01 m3 y la cámara estará a -6 ºC, pues según mis cálculos me sale un flujo de refrigerante muy bajo (5,45*10^-6 kg/s).

2)Encontré información acerca de que el refrigerante en el evaporador está entre 5 a 10 ºC menos que la temperatura de la cámara, con ello tomé un temperatura de refrigerante en el evaporador de -13 ºC (1,78 bar).

3)Además también leí en varios sitios que la temperatura del refrigerante en el condensador está entre 12 a 15 ºC más que la temperatura ambiente (nosotros tomamos este valor generalmente como 20 ºC), tomando, yo, así una temperatura del refrigerante de 32 ºC (8,154 bar).

Como se puede observar entre los puntos 1) y 2) se tiene que tener un compresor manual, porque el fin de este trabajo es que no se use electricidad u otras fuente energía, salvo la energía mecánica manual producida por el hombre, pero que ir de 1,78 bar a 8,154 bar manualmente me parece algo difícil, de ahí tengo esa primera duda, pues seguir la teoría mencionadas en 1) y 2) (referidas a la pérdida e incremento de temperaturas en el evaporador y compresor respectivamente) me genera ese problema de presiones.

4) El calor del condensador a extraer está dada por u factor "x" que depende de las temperaturas de condensación y de evaporación, en el cual el calor del condensador es aprox. la multiplicación de "x" con los 9 W del condensador.

5) Como mi proyecto es meramente manual y solo tiene como objetivo mantener los productos previamente congelados, realizando unos cálculos se que después de operar mi equipo, en 1,6 horas el alimento disminuirá 1 ºC aprox., lo que quiere decir que se operará el equipo cada 1, 6 horas aprox.. Mi duda en este punto es que cuando empiece a accionar el compresor, en este punto en que estado(líquido o gas o una combinación de estos)y presión se encontrará mi refrigerante?, entonces como sería mi diagrama p-h del sistema, pues en mi proyecto lo crítico es al inicio por lo que veo. Cabe resaltar que esta pregunta lo he hecho a operarios de aire acondicionado refrigeración, y lo que me respondieron es lo siguiente: "El refrigerante tiende a equilibrar las presiones entre las lineas de alta y baja presión del sistema, adicionalmente el estado del gas se mantiene entre una combinacion de gas y liquido a una temperatura que tiende a ser la misma del ambiente en donde se encuentra el equipo. En la linea de alta presion se tendra mas presencia de liquido y en la de baja presión se tendra mas presencia de vapor.", por lo anterior entiendo que la presión estaría entre un promedio de las presiones de alta y baja, es decir de alrededor de 4,97 bar y la temperatura de 20 ºC aprox., quisiera saber si lo anterior es correcto y si fuese así, cuanto sería la calidad del vapor en las líneas de alta y baja presión. De ahí mi duda de como estará el refrigerante al inicio y que parámetros debo poseer o considerar para el diseño de mi COMPRESOR MANUAL.

6) Estuve pensando usar un tubo capilar para este proyecto, pues es de baja capacidad de refrigeración (9 W), aquí mi duda es como diseñar este aparato. Tengo una idea, pero no se si es correcto, en usar un tubo de menor diámetro y conseguir la caída de presión entre el compresor y evaporador
por medio de sus pérdidas(generando así una caída de presión) y de esta manera hallar su longitud, mis resultados(en base a las presiones mencionadas) son de un tubo de cobre de diámetro de 0,8 mm y 1,51 m de longitud.

Saludos, gracias por su atención y espero su pronta respuesta.

Danny