GUÍA BÁSICA DE SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN MECÁNICA

Abstract

El presente trabajo pretende, dar unos conceptos básicos y generales que ayuden en la selección de los elementos básicos y más importantes que constituyen una instalación frigorífica, es decir, compresor, unidad evaporadora, válvula de expansión y unidad condensadora.

Se presentan los siguientes contenidos: definición de los conceptos primordiales de este tema como forma de recopilar los datos necesarios para poder acometer todos los cálculos; determinación de las condiciones de funcionamiento de la instalación frigorífica; y por último dar ejemplos de cálculos respecto a la selección de dichos elementos en el proceso de refrigeración y congelación para varios fines como conservación de alimentos, climatización de recintos, etc.

Full text

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
GUÍA BÁSICA DE SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN DE
REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN MECÁNICA
Ing. Mario Ventura Mondlane1, Dr.Ing. Pedro A. Rodríguez Ramos2, Dr.Ing. Antonio Ferras
Valcárcel3
1. Instituto Superior Politécnico de Songo. Mozambique.
2. Grupo Combustibles alternativos. UTH "José Antonio Echeverría". La Habana. Cuba.
3. CETER. UTH "José Antonio Echeverría". La Habana. Cuba.
e-mail contacto:Imondlane1988@gmail.com
RESUMEN
El presente trabajo pretende, dar unos conceptos básicos y generales que ayuden en la selección de
los elementos básicos y más importantes que constituyen una instalación frigorífica, es decir,
compresor, unidad evaporadora, válvula de expansión y unidad condensadora.
Se presentan los siguientes contenidos: definición de los conceptos primordiales de este tema como
forma de recopilar los datos necesarios para poder acometer todos los cálculos; determinación de las
condiciones de funcionamiento de la instalación frigorífica; y por último dar ejemplos de cálculos
respecto a la selección de dichos elementos en el proceso de refrigeración y congelación para varios
fines como conservación de alimentos, climatización de recintos, etc.
Palabras claves: selección, instalación frigorífica, refrigeración, conservación, salto térmico.
ABSTRACT
The present work aims to give some basic and general concepts that help in the selection of the basic
and most important elements that constitute a refrigeration plant, it mean, compressor, evaporator
unit, expansion valve and condensing unit.
The following contents are presented: definition of the main concepts of this topic as a way of
collecting the necessary data to be able to undertake all the calculations; Determination of the
operating conditions of the refrigeration plant; And finally give examples of calculations regarding the
selection of these elements in the process of refrigeration and freezing for various purposes such as
food preservation, air conditioning of enclosures, etc.
Keywords: Selection, refrigeration plant, refrigeration, storage, thermal break.
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo pretende, dar unos conceptos básicos y generales que ayuden en la selección de
los elementos básicos y más importantes que constituyen una instalación frigorífica, es decir,
compresor, unidad evaporadora, válvula de expansión y unidad condensadora.
Se trata de describir el proceso apoyándose sobre ejercicios y ejemplos con la intención de crear una
base sólida que permita utilizar las diferentes tablas y ábacos de los múltiples fabricantes, utilizar
programas informáticos de selección de elementos así como juzgar sus resultados.
Con la utilización de esta guía se va a tratar de que, partiendo de las condiciones de funcionamiento,
el refrigerante que se va a usar y de la potencia frigorífica de la instalación (obtenida del cálculo de
cargas térmicas), se pueda seleccionar, de los catálogos de los fabricantes, dichos elementos que
permitan desarrollar las condiciones de conservación adecuadas para el producto que se quiera
conservar, un funcionamiento correcto de la instalación, un elevado rendimiento de esta.
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 1

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
MATERIALES Y MÉTODOS
Conceptos o datos básicos del proceso de refrigeración
Potencia frigorífica de la instalación: este dato se obtiene a través del cálculo de cargas térmicas.
Da idea de la cantidad de calor que tiene que retirar el evaporador o evaporadores de los recintos
refrigerados teniendo en cuenta las horas de funcionamiento de la instalación. En el caso de
instalaciones con múltiples evaporadores y central de compresores, es preciso tener en cuenta la
carga térmica simultánea de toda la instalación [1].
Refrigerante que se va a utilizar en la instalación: otro dato fundamental que va a condicionar la
selección de los elementos, sobre todo del compresor. En las instalaciones frigoríficas de media y
baja potencias se está utilizando sobre todo el R404A, 134A y otros. En las de mayor potencia se ve
un repunte del amoniaco (R717) [1].
Lugar de instalación: es importante conocer la ubicación de la instalación, ya que las condiciones
ambientales influyen de manera decisiva en la temperatura-presión de condensación del refrigerante.
En caso de condensación por aire, el parámetro más importante a conocer del lugar de instalación es
la temperatura seca máxima que se da en verano, que se puede obtener de las tablas editadas en la
norma UNE 100001 [1, 2].
En el caso de que condense por agua, es preciso hacerse con los datos de temperatura máxima que
puede alcanzar el agua de la red o del pozo que se quiera utilizar como suministro del elemento
refrigerador.
Productos a conservar: el cálculo de los elementos de la instalación también va a estar muy
influenciado por el tipo de producto a conservar, concretamente por las condiciones de conservación
que este requiere. Los datos más importantes a conocer del producto son:
La humedad relativa (HR)
La temperatura de conservación o temperatura de cámara (Tc).
La velocidad del aire dentro de la cámara.
Ambos datos se pueden obtener de tablas elaboradas por entidades acreditadas. En ellas se indican
las condiciones de conservación de la mayor parte de los productos.
Otros conceptos o datos: también es preciso conocer otros datos referentes a las condiciones de
funcionamiento como son el recalentamiento útil, el total y el subenfriamiento del refrigerante,
imprescindibles para el trazado del ciclo frigorífico en el diagrama presión-entalpía [1, 2].
Cálculos prácticos
En este punto se trata de determinar las condiciones en las que debe funcionar la instalación de
refrigeración para que esta trabaje de forma adecuada en el lugar donde va a estar ubicada, que el
producto se conserve el tiempo previsto manteniendo su calidad y además se mantenga un elevado
rendimiento y ahorro de energía durante la vida útil de la instalación.
Las condiciones de funcionamiento que se desean determinar son:
La temperatura – presión de condensación (
t
C
,
PC
)
La temperatura – presión evaporación (
t
O
,
P
O
)
La relación de compresión (
τ
)
Temperatura y presión de condensación
Para determinar la temperatura de condensación (
t
C
) es preciso tener en cuenta el denominado
salto térmico en el condensador (
∆ t T
), que es la diferencia entre la temperatura de condensación
y la que tiene el fluido refrigerador (agua o aire) a la entrada del condensador.
En condensadores de aire (caso tratado en este trabajo), para que la transferencia de calor sea
rápida y este elemento tenga unas dimensiones adecuadas, la temperatura de condensación debe
ser entre 10 – 20 ºC más elevada que la temperatura del aire de entrada (
t
ae
), aunque lo más
frecuente es tomar
∆ t T=15ºC
[1].
Condensador
∆ t
T
t
C
Aire 10 – 20ºC
Tae
+15
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 2

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Agua 10 – 17 ºC
T
we
+(13 a15)
tae: temperatura del aire a la entrada del condensador
twe: temperatura del agua a la entrada del condensador
Se puede determinar la temperatura seca de verano de cualquier lugar a través de tablas de la
norma UNE 100001. En el caso de que la cámara esté situada en una localidad cuyos datos no
aparecen en la citada norma, la temperatura exterior se puede determinar con la ayuda de la
siguiente fórmula empírica:
tC=¿
t
ae
+15 para el aire
tC=¿
twe
+17 para el agua
Estimación de la temperatura de condensación del condensador de una instalación frigorífica de
conservación del camarón fresco:
Temperatura del aire de entrada en el condensador:
t
ae
= 30 o 32 ºC
Para el aire:
tC=¿
32+15 =47ºC
Presión de condensación (
PC
):
PC=21,324 ¯
¿
(dato interpolado)
Temperatura y presión de evaporación
Uno de los factores más importantes a tener en cuenta para determinar la temperatura de
evaporación (
t
o
) es lo que se denomina salto térmico en el evaporador (DT), que la diferencia entre
la temperatura del aire que entra al evaporador y la temperatura de evaporación del refrigerante (
to
).
La temperatura a la que entra el aire al evaporador suele considerarse igual a la temperatura de
cámara o de conservación del producto (
tCam
), por lo tanto se puede decir que:
DT=tCam −tO
Durante el proceso de cálculo de un evaporador, al definir una temperatura de evaporación de la
máquina frigorífica, se está marcando la diferencia de temperatura con la que trabajará el
evaporador, es decir, el DT.
DT es un parámetro muy importante y es imprescindible tenerlo en cuenta en el diseño de una
instalación frigorífica ya que influye de manera decisiva en dos factores de la instalación, que son:
La humedad relativa que se desarrolla en el interior de la cámara frigorífica
El tamaño del evaporador o superficie del evaporador
En cuanto a la humedad relativa, se ha comprobado que a medida que aumenta DT el evaporador
“roba” más agua del ambiente de la cámara, eso se traduce en que en el interior de esta se
desarrollan humedades relativas bajas y la desecación del producto refrigerado es mayor, con las
consiguientes pérdidas económicas y de calidad del mismo. Por el contrario, si DT es pequeña, el
efecto será el inverso.
Nota: -Cuanto menor sea el DT, la humedad en la cámara será mayor.
-Cuanto mayor sea el DT, la humedad en la cámara será menor.
Según la expresión abajo de cálculo de la superficie de evaporador, se deduce que:
-Cuanto menor sea el DT, mayor tamaño tendrá el evaporador.
-Cuanto mayor sea el DT, menor tamaño tendrá el evaporador.
S=Q
U . DT
; Donde: S - superficie del evaporador; U - coeficiente global de transmisión de calor; DT
- salto térmico en el evaporador
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 3

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Figura 1-Determinación de la DT del evaporador [1].
A continuación se tomarán datos de un proyecto cualquiera con la finalidad de aclarar los usuarios de
esta guía:
Cálculo de la temperatura del evaporador forzado de una instalación frigorífica de almacenamiento
y conservación del camarón fresco en los siguientes parámetros:
Humedad relativa: 90%
Temperatura de almacenamiento del camarón (
tCam
): -2ºC
Según la figura arriba: Dt= 5,6 ºC
Dt=tCam −tO
TO=tCam−Dt
tO=¿
-7,6ºC
Presión de evaporación (
PO
):
PO=4,7 ¯
¿
(dato interpolado de la tabla de R-404A).
Los valores de
P
O
y
PC
se pueden extraerlos del diagrama del R-404A, a través de trazado de
líneas de las temperaturas correspondientes.
Relación de compresión (
τ
)
Es el cociente entre la presión absoluta de condensación (
PC
) y la presión absoluta de evaporación (
PO
).
τ=PC
PO
τ=21,324
4,7 =4,54
Es un parámetro importante, sobre todo en compresores de pistón, ya que a medida que aumenta la
relación de compresión, su rendimiento volumétrico es cada vez más pequeño, por lo tanto disminuye
el caudal de refrigerante que es capaz de mover y con ello la potencia frigorífica de la cámara.
Además está muy relacionado con el ahorro de energía en las instalaciones frigoríficas.
Ahorro energético y medio ambiente
El ahorro energético es un punto clave en el diseño de las instalaciones frigoríficas. En la actualidad
no solo es fundamental que una instalación sea capaz de funcionar correctamente conservando los
productos, sino que además debe hacerlo ahorrando energía [3].
Es obvio que una baja relación de compresión (
τ
) del refrigerante de trabajo de una instalación
frigorífica, se puede obtener un menor consumo energético por parte del compresor. Por este medio
es por el que debe dirigirse el calculista, tratando de mantener baja la PC y lo más elevada posible la
Po [3].
Presión de condensación: Ya se sabe cómo determinar PC y
t
C
, pero además de lo indicado, para
determinar estos parámetros, es preciso tener en cuenta el ahorro energético. Como se sabe, cuánto
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 4

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
más bajas son PC y
t
C
, menor es la cantidad de energía que se necesita en la compresión y por lo
tanto menor es el consumo de energía eléctrica. Para trabajar con presiones de condensación lo más
bajas posibles es preciso que el salto térmico en el condensador (
∆ t T
) sea pequeño.
Trabajar con (
∆ t
T
) pequeños implica que, para disipar el mismo calor de condensación, el
condensador tiene que tener mayor tamaño (
S
) y por lo tanto el coste se eleva. Es necesario por lo
tanto buscar un compromiso entre ahorro de energía a lo largo de toda la vida útil de la instalación e
inversión inicial, teniendo en cuenta que el precio de la energía eléctrica en estos últimos tiempos se
está elevando de forma considerable[3].
Por otro lado es preciso indicar que la presión de condensación no se puede bajar por debajo de un
límite, marcado por la válvula de expansión termostática. Si la presión es muy baja está válvula deja
de funcionar correctamente obteniéndose una falta de control en la inundación del evaporador. El
límite de estas válvulas suele ser
tC=¿
20ºC [3, 4].
Utilizando un salto térmico en el condensador
∆ t T
= 15ºC, se está más o menos en el punto de
equilibrio entre coste de instalación y gasto energético aunque para instalaciones grandes resulta
interesante bajar este salto térmico unos grados, ya que aunque el condensador que se obtenga sea
de mayor tamaño, el menor consumo eléctrico a largo plazo lo compensa.
Presión de evaporación: De igual forma que PC y
t
C
, a la hora de determinar
PO
y
t
O
, es preciso
tener en cuenta el posible ahorro de energía, pero en el caso del evaporador es un poco más
complejo que en el condensador.
Elevar unos grados la temperatura de evaporación para ahorrar energía no sólo va a suponer un
evaporador de mayor tamaño, sino que también se va a elevar la humedad de la cámara. Por lo tanto
esto es factible siempre que se mueva en el intervalo de temperaturas en el que las condiciones de
conservación del producto sean adecuadas.
A continuación se muestra un ejemplo basado en los datos del presente trabajo.
Ejemplo 1: Se requiere construir una cámara frigorífica con temperatura de conservación
tCam
= -2ºC
en la que se desarrolle una humedad relativa entre el 85% a 90%. El evaporador es de tipo forzado.
Determina la temperatura de evaporación en los siguientes casos:
1. Para obtener el evaporador más pequeño posible.
2. Para ahorrar la mayor cantidad de energía posible.
Datos Pedido
tCam
= -2ºC
t
O
-(evaporador más pequeño posible)
HR= 85% a 90%
tO
-(ahorrar la mayor cantidad de energía posible)
Solución
Según la figura # de Dt:
HR= 85% DT=6,6 ºC
HR= 90% DT=5,6 ºC
Para obtener el evaporador más pequeño posible, se toma el mayor salto térmico: DT= 6,6ºC
;
tO=tCam−DT
;
tO=−2−6,6=−8,6
ºC
Para el ahorro máximo de energía se toma el salto térmico más pequeño:
DT= 5,6ºC ;
tO=tCam−DT
;
tO=−2−5,6=¿
-7,6ºC (
≈8oC
)
Trazado del ciclo frigorífico de la instalación
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 5

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
En esta etapa, una vez conocidas las condiciones de funcionamiento (
t
C
,
t
O
), consiste en trazar el
ciclo frigorífico sobre el diagrama presión – entalpía (diagrama de Mollier) del gas refrigerante que se
desea utilizar (en este caso R-404A). El fin del trazado es obtener los datos de entalpía, temperatura,
presión y en su caso de volumen específico de cada uno de los puntos característicos del diagrama,
necesarios para acometer los cálculos.
Se puede hacer el trazado de forma manual sobre un diagrama en papel o utilizando programas
informáticos que permiten hacerlo de forma más rápida y precisa. A parte de
t
C
y
PC
, hace falta
conocer otros datos importantes del funcionamiento de la instalación, que son: el recalentamiento útil,
recalentamiento total, subenfriamiento total.
El recalentamiento: Es la diferencia de temperatura del refrigerante a la salida del evaporador y la
temperatura de evaporación, o la cantidad de calor que se aporta al refrigerante después de haberse
evaporado. Teniendo en cuenta esta definición, el recalentamiento supone un aporte de calor
sensible al refrigerante y, por tanto, supone un aumento de temperatura.
El recalentamiento se produce dentro del evaporador o en la tubería de aspiración del compresor,
generalmente de 4 a 7ºC. En el supuesto que se produzca dentro del evaporador, este produciría frío
útil, ya que absorbería calor del medio a enfriar.
Ventajas:
Aumento de la capacidad frigorífica si el recalentamiento se produce en el interior del
evaporador.
Impide que entre líquido al compresor, el cual puede originar graves fallos en su
funcionamiento al intentar comprimirlo (los líquidos son incompresibles) causando un golpe
de líquido y deteriorar algunas partes del compresor.
Inconvenientes:
Disminución de la densidad de gas de aspiración como consecuencia del aumento del
volumen, por lo que la cantidad de gas en circulación será menor, disminuyendo así la
capacidad frigorífica.
Aumento de la temperatura al final de la compresión, lo cual puede provocar un deterioro en
el aceite lubricante al disminuir su viscosidad.
El subenfriamiento: Es otro método para mejorar la eficacia del ciclo frigorífico. El subenfriamiento
es la diferencia entre la temperatura de condensación y la temperatura a la entrada de la válvula de
expansión.
El subenfriamiento provoca una disminución de la temperatura a la entrada de la válvula de
expansión, lo que hace que, al expansionarse el refrigerante, la cantidad que se evapora disminuya,
pudiendo absorber mayor cantidad de calor latente.
El subenfriamiento del líquido refrigerante antes de la válvula de expansión termostática es
importante porque supone un aumento de la potencia frigorífica del equipo frigorífico, debido al
aumento de la capacidad de enfriamiento que tiene el paso de refrigerante que tiene por el
evaporador (aumento de la diferencia de entalpía).
El diagrama de Mollier: Los diseñadores de sistemas de refrigeración deben utilizar el diagrama de
Mollier para graficar los ciclos de refrigeración, además sirve para detectar problemas prácticos en la
operación de un sistema. El diagrama de Mollier es una representación gráfica de los datos
contenidos en las tablas termodinámicas. Él muestra los tres estados físicos diferentes. Las líneas de
frontera convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual
representa la condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores que
la crítica el refrigerante puede existir solamente en forma gaseosa.
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 6

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Figura 2-Trazado del diagrama [1]
Ejemplo 2: Trazo del ciclo frigorífico de una instalación de 5,29 KW de capacidad, sabiendo que
evapora a
T
O
=¿
-7,6 ºC y condensa a
TC
= 47ºC. El recalentamiento útil es de 5ºC y el total de
15ºC. Subenfriamiento = 10ºC. El refrigerante de trabajo es R-404A.
Figura 3-Diagrama del ejemplo 2 [1]
Tabla 1- Tabla de recogida de datos en el diagrama del R-404 A [fuente: autor]
Punto P. abs (bar) Temp. (ºC) H (
KJ /Kg
)V.esp.(
m3/kg
)
1 4,7 -5 365
2 4,7 +5 370
3 21,324 48 422 0,042
4=5 4,7 -7,6 248
Cálculos en el ciclo frigorífico
Para comprender los aspectos del funcionamiento de la máquina frigorífica es necesario determinar
los siguientes elementos: balance energético, coeficiente de eficiencia energética (COP), relación de
compresión (ya se ha hablado de esto) y densidad del gas de aspiración del refrigerante. Para ello se
tomará como base, el siguiente ciclo frigorífico.
Balance energético
Este proceso consiste en estudiar el intercambio de calor que tiene lugar durante todo el ciclo
frigorífico. Para ello, se debe tener en cuenta que los resultados que se obtengan son por cada kg de
refrigerante que haya disponible.
Calor absorbido en el evaporador:
Q1−4=h1−h4
[
kJ /kg
]
Calor aportado durante la compresión:
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 7

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Q
2−1
=W
comp
=h
2
−h
1
[
kJ /kg
]
Calor cedido en el condensador:
Q2−3=h2−h3
[
kJ /kg
]
Se puede concluir que:
Q
2−3
=Q
1−4
+Q
1−4
[
kJ /kg
]
Coeficiente de eficiencia energética
El coeficiente de eficiencia energética o coeficiente de rendimiento es la relación entre el frío que
produce la máquina y la energía consumida para ello.
COP=Q
1−4
Q
2−1
=h
1
−h
4
h
2
−h
1
[
adimensional
]
Si se compara el calor absorbido por el refrigerante durante la evaporación con el calor aportado al
refrigerante por el compresor, se observa que el calor de evaporación es mucho mayor que el calor
necesario para el trabajo de compresión. El COP representa cuántas veces es mayor uno que otro.
Cuanto más elevado sea el COP, menos calor hay que aportar por el compresor, por lo que el coste
del frío que se ha producido será más pequeño.
Densidad del gas de aspiración
La densidad del gas de aspiración (kg/m3) se calcula mediante la inversa del volumen específico (m 3/
kg). Durante el proceso de compresión, cuanto mayor sea la densidad del gas absorbido en los
cilindros, más elevada es la cantidad de refrigerante en circulación y la capacidad obtenidas. Por lo
tanto, cuanto menor sea el volumen específico del gas de aspiración, mayor es la capacidad.
Densid=1
V
[
m
3
/Kg
]
Caudal másico
Es la cantidad de refrigerante que circula por toda la instalación en una cantidad de tiempo. Se
calcula por la fórmula:
´
m=PF
Q1−4
[
kg /s
]
Cálculo y selección del compresor
Cálculo del compresor
El compresor es el dispositivo encargado de hacer circular el refrigerante por la instalación con el
caudal adecuado a la potencia frigorífica que se debe desarrollar y por lo tanto hay que determinarlo
de forma correcta.
Es el elemento más laborioso de determinar y el que más cálculos requiere, y aunque muchos
catálogos, de los que las casas comerciales editan hoy en día, reúnen los datos suficientes como
para poder seleccionar el compresor sin necesidad de cálculos, aquí se va a exponerlos. Es
importante indicar que el cálculo que se hace es aproximado ya que sólo el fabricante dispone de los
datos del rendimiento volumétrico, el rendimiento mecánico y eléctrico de sus compresores.
Los datos más importantes a tener en cuenta son:
El volumen barrido (VB): es el volumen del refrigerante desplazado.
El rango de temperaturas en el que va a trabajar (congelación o conservación), ya que hay
compresores que están diseñados para trabajar a bajas temperaturas, otros a temperaturas medias y
otros a altas. En este caso será de temperaturas medias.
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 8

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
El tipo de compresor: hermético, semi-hermético, abierto, alternativo, rotativo, de tornillo, scroll, etc.
según la aplicación prevista. En este trabajo será el semi-hermético para facilitar la reparación en el
caso de avería.
Cálculo del volumen barrido
(V¿¿ B)¿
: Según la tabla de recogida de datos del ejemplo 2, se
tiene:
a) Producción frigorífica específica neta (
Q
1−5
). También llamado efecto refrigerante por
unidad de masa. Representa la cantidad de calor que se capta en el evaporador por cada Kg
de refrigerante que circula por él.
Q1−5=h1−h5=370−248=122,00 KJ /Kg
b) Caudal másico de refrigerante: es la cantidad de refrigerante (Kg/hr ó
Kg/s
) que debe
circular por el evaporador para producir la potencia frigorífica que se necesita.
´
m=Pot . frig
Q1−5
=PF
Q1−5
kg /h ; ´
m=18991
122 =155,66 kg /h
c) Volumen de refrigerante aspirado por el compresor: Cuanto mayor es el volumen
específico del gas mucho peor para la instalación ya que el compresor debería tener más
cilindrada para mover el mismo caudal másico de refrigerante. Uno de los fenómenos que
más influye en el aumento del volumen específico es el recalentamiento. A medida que
aumenta este, también lo hace el volumen específico del gas aspirado y esto implica que el
compresor debe tener mayor cilindrada para poder generar la misma producción frigorífica [1,
4].
V
A
=´
m∗V
esp
[
m
3
/h
]
;V
A
=155,66∗0,042=6,54 m
3
/h
d) Volumen barrido: También denominado volumen desplazado, se puede definir como el
volumen de refrigerante que el compresor es capaz de mover en la unidad de tiempo.
Depende de las características constructivas del compresor, es decir, de la capacidad de sus
cilindros (cilindrada) y de la velocidad de giro del motor. Es por lo tanto, el caudal teórico que
podría mover el compresor [1, 4].
V
B
=C · N · 0,06
[
m
3
/h
]
Donde: C- cilindrada en dm3; N- velocidad de giro del motor en r.p.m.
Sin embargo el rendimiento volumétrico (
ɳ
V
) de los compresores no es del 100%, debido a ello,
mueven menos volumen de refrigerante del que teóricamente podrían mover por la capacidad de sus
cilindros.
Siempre se debe cumplir:
V
B
≥ V
A
Por lo tanto es necesario colocar un compresor de mayor tamaño, que aspire un volumen teórico
VB
,
para que en la realidad sea capaz de aspirar el volumen de refrigerante
VA
que llega al punto de
aspiración.
El rendimiento volumétrico viene dado por la expresión
ɳV=VA
VB
, y de ella se obtiene el
VB=VA
ɳV
. El

v está muy influenciado por la relación de compresión (
τ
), sobre todo en los compresores de pistón,
de forma que a medida que aumenta () disminuye el rendimiento volumétrico y por lo tanto es peor
para la instalación.
Existe una expresión que permite calcular de manera aproximada el rendimiento volumétrico, a partir
de () [4].
ɳV=1–0,05∗τ
;
τ=PC
PO
=4,54
;
ɳV=0,773=77,3 %
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 9

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
V
B
=V
A
ɳ
V
=6,54
0,773 =8,46 m
3
/h
Esto significa que para circular 6,54
m3/h
en la instalación el compresor debe ser capaz de mover
8,46 m3/h
.
Datos complementares importantes
En este punto se trata de obtener otras características del compresor con los datos que se han
deducido del estudio del ciclo frigorífico de la instalación.
Podrían servir para la selección, pero dado que no se conoce de forma exacta los rendimientos
indicado, mecánico y eléctrico, los datos que se obtienen no son muy exactos y se suelen tomar de
los catálogos una vez elegido el compresor que se necesita [4].
e) Potencia teórica para la compresión: A través del equivalente calórico del trabajo de
compresión (
Q
3−2
), se calcula por la diferencia de entalpías entre la descarga del compresor
y la aspiración.
Pteorica=Q3−2∗ ´m
[
KJ /h
]
;
Q
3−2
=h
3
−h
2
=52 KJ /Kg
;
P
teorica
=52∗155,66=8094,32 KJ /h
(2,25
KW)
f) Potencia real para la compresión: Se deduce que el rendimiento termodinámico del
compresor, también llamado rendimiento indicado (ɳi), no es nunca del 100%. Por lo que la
potencia que debe tener el compresor en la realidad para realizar este trabajo debe ser un
poco mayor.
Figura 4-Ciclo frigorífico real [1]
ɳ
I
=h
3
−h
2
h
3∗¿−h2
[
ADIMENSIONAL
]
¿
Se puede considerar que el rendimiento indicado es bastante aproximado al rendimiento volumétrico
ɳi≈ ɳV
, calculado anteriormente.
La potencia real del compresor será:
PREAL=PT
ɳi
;
P
REAL
=2,25
0,773 =2,91 kW
g) Potencia del motor eléctrico del compresor: Es aquella que debe tener el motor eléctrico
para que el compresor que arrastra proporcione la potencia frigorífica prevista. Existen una
serie de pérdidas, que hacen que el rendimiento del motor no sea del 100%. Las pérdidas
más importantes a tener en cuenta son:
Pérdidas mecánicas - En todos los compresores hay pérdidas mecánicas ocasionadas por
rozamientos internos entre piezas, transmisiones, etc. que hacen que el rendimiento mecánico (m)
no sea del 100%. El rendimiento mecánico lo debe dar el fabricante y está en torno al 85 – 90 %, es
decir m = 0,85 – 0,90 [1, 5, 6].
Pérdidas eléctricas - Los motores eléctricos también tienen pequeñas pérdidas y por lo tanto su
rendimiento, aunque es alto, no es del 100% [1, 5, 6]. El rendimiento de un motor eléctrico (el) suele
estar en torno al 95 %, por lo que el = 0,95, y lo debe dar el fabricante.
PEL=PREAL
ɳm∗ɳel
[
kW
]
;
P
EL
=2,91
0,90∗0,95 =3,40 kW
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 10

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Selección del compresor
Este proceso se debe realizar con ayuda de las tablas que elaboran los fabricantes donde se indican
las características de todos los modelos de compresor que ellos construyen.
Siguiendo el ejemplo que se estaba realizando, para esa instalación se debe elegir un compresor que
tenga las siguientes características:
Ser de media temperatura (to = -7,6 ºC
≈
-8ºC);
Mueva un caudal másico de refrigerante de
´m
= 155,66 kg/h;
Con volumen barrido VB = 8,46 m3/h;
Potencia frigorífica: 5,29 kW.
Para estos efectos se escogió: Modelo: HGX34P/255-4; Potencia del compresor: entre 5,49 a 5,98
kW.
En el presente proyecto se desea seleccionar un conjunto compacto constituido por un compresor y
una unidad condensadora, con el objetivo de economizar el espacio de ubicación de los equipos de
refrigeración, además de esta decisión ya se ha dicho que estos equipos serán localizados en el
“espacio refrigerado”, razón por la cual su carga térmica fue incluida en el cálculo general del
sistema.
Figura 5- Unidad condensadora acoplado al compresor [7]
Selección del evaporador
El proceso de selección de un evaporador es complejo, ya hay que tener en cuenta multitud de
factores, alguno de los más importantes son los siguientes:
Sistema de circulación del aire: evaporador de convección forzada, incorporado un
ventilador que obliga a pasar el aire de la cámara a través de las aletas de su batería. Esto
permite que el intercambio de calor sea muy intenso y una vez que se trata del camarón, uno
de los productos sensibles a la desecación, la solución es trabajar con un bajo DT o
introducir los productos en envases que impidan la pérdida de agua del producto.
Tipo de aplicación: Evaporador de baja velocidad para productos sensibles a la desecación,
por ejemplo el camarón.
En cualquier caso todos los fabricantes indican la aplicación de cada uno de sus modelos de
evaporador [2].
Separación entre las aletas: Una vez que se trata de una cámara de conservación con
temperaturas de evaporación bajo cero, el paso entre aletas es de 4,5 – 6 mm.
El modelo se va elegir a partir de las tablas que figuran en los catálogos de los fabricantes, ya que es
aquí donde aparecen todos los parámetros y factores de corrección que va a permitir decidir cuál el
más adecuado[2].
Para la selección de compresores así como la de evaporadores, algunos fabricantes han
desarrollado programas informáticos para que lo haga más fácil la tarea, pero en el presente trabajo
no se harán dichos programas.
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 11

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Nota importante:
Ya se sabe que el primer elemento de la instalación que se debe calcular y seleccionar es el
compresor y hay que procurar que el evaporador tenga su misma potencia frigorífica. De lo contrario
el sistema quedará desequilibrado y el funcionamiento de la instalación no será el más correcto.
Si el evaporador es de menor potencia que el compresor, cuando durante el funcionamiento
se alcance el equilibrio, el DT de trabajo de la instalación será mayor del previsto y esto
implica que la humedad relativa será más baja de lo deseable desecándose un poco más el
producto.
Si el evaporador es de mayor potencia que el compresor, pasará exactamente lo contrario,
corriendo el riesgo de que aparezcan hogos, mohos, carnes pegajosas, etc.
Es difícil encontrar un evaporador que proporcione la misma potencia que el compresor, lo que hay
que hacer es seleccionar el que más se acerque y comprobar que la humedad relativa que se va a
desarrollar en la cámara con el par compresor – evaporador seleccionado no difiere mucho de lo
previsto en las condiciones iniciales [1, 7].
Por fin el evaporador será para una capacidad aproximada de 5,29 KW (18000 Btu/h) y deberá tener
un flujo de aire de 500-600 f t3/min.
La selección de esta unidad fue basada en los catálogos Antartic-Refrigeración.
Figura 6-Evaporador cúbico “ANTARTIC” SERIE “FDN”, Aircoil [7]
Selección de la válvula de expansión
De las diferentes válvulas utilizadas en las cámaras frigoríficas se van a referenciar las más
ampliamente utilizadas que son las válvulas termostáticas.
Para llevar a cabo esta selección se debe tomar en cuenta los siguientes puntos:
La carga térmica
El caudal
´
M=18991
122 =155,66 Kg /h
de refrigerante
Temperatura de condensación
Temperatura de evaporación
Diferencia de presiones para las condiciones de trabajo
La válvula de expansión termostática dispone de un orificio de tamaño fijo a través del cual pasa el
refrigerante desde la línea de líquido al evaporador.
La potencia frigorífica que proporciona una válvula va a depender fundamentalmente de tres factores:
Tamaño del orificio: a mayor tamaño más caudal de refrigerante deja pasar y por lo tanto mayor
potencia frigorífica. Algunas válvulas termostáticas son de orificio intercambiable, lo que hace posible
que pueda trabajar en diversos rangos de potencia simplemente con el cambio de orificio.
Subenfriamiento del líquido: es el fenómeno del enfriamiento que sufre el refrigerante líquido en el
condensador, recipiente de líquido y línea de líquido antes de llegar al sistema de expansión. Con él
se logra por un lado evitar que se formen burbujas de vapor en el refrigerante que alimenta la válvula
de expansión y por otro aumenta el rendimiento de la instalación ya que el refrigerante que llega al
evaporador tiene menor título de vapor.
Diferencia de presiones entre alta y baja (PC y
PO
): es un factor esencial a tener en cuenta, pues el
caudal de refrigerante que pasará por este orificio en verano será mayor a medida que la P C aumente
y disminuirá cuando esta baje. Es preciso tener en cuenta este fenómeno a la hora de diseñar la
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 12

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
instalación ya que en verano la presión de alta será elevada por las altas temperaturas exteriores y
no tendremos falta de caudal de refrigerante. El problema viene en invierno cuando la temperatura
exterior es baja, pudiendo ocasionar una bajada excesiva de la presión de condensación y con ello
del caudal de refrigerante que inyecta la válvula de expansión.
La mejor solución es tratar de mantener la presión de condensación constante durante todas las
estaciones del año, esto se consigue utilizando sistemas de control de condensación [1].
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
1. Selección del compresor: Este proceso se debe realizar con ayuda de las tablas que
elaboran los fabricantes donde se indican las características de todos los modelos de
compresor que ellos construyen.
Características:
Ser de media temperatura (to = -7,6 ºC
≈
-8ºC);
Mueva un caudal másico de refrigerante de
´m
= 155,66 kg/h;
Con volumen barrido VB = 8,46 m3/h;
Potencia frigorífica: 5,29 kW.
Para estos efectos se escogió: Modelo: HGX34P/255-4; Potencia del compresor: entre 5,49 a 5,98
kW.
2. Selección de la unidad condensadora: por la decisión llevada en este trabajo, se
seleccionará el condensador automáticamente cuando se seleccionar el compresor, porque
se ha pensado en buscar un sistema compacto de estas dos unidades de refrigeración.
3. Selección del evaporador: El proceso de selección de un evaporador es complejo, ya hay
que tener en cuenta multitud de factores. Es difícil encontrar un evaporador que proporcione
la misma potencia que el compresor, lo que hay que hacer es seleccionar el que más se
acerque y comprobar que la humedad relativa que se va a desarrollar en la cámara con el
par compresor – evaporador seleccionado no difiere mucho de lo previsto en las condiciones
iniciales. Por fin el evaporador será para una capacidad aproximada de 5,29 KW (18000 Btu/
h) y deberá tener un flujo de aire de 500-600 f t3/min.
La selección de esta unidad evaporadora fue basada en el cálculo del salto térmico (figura 1) y según
las condiciones del proyecto.
4. Selección de la válvula de expansión: Para llevar a cabo esta selección se debe tomar en
cuenta los siguientes puntos:
La carga térmica; El caudal de refrigerante; Temperatura de condensación; Temperatura de
evaporación y Diferencia de presiones para las condiciones de trabajo.
CONCLUSIONES
Es importante recordar que la selección de los diferentes elementos de la instalación se debe hacer
teniendo en cuenta las indicaciones del fabricante. El proceso de selección puede ser diferente de un
fabricante a otro y es preciso tener en cuenta las tablas, gráficos y ábacos de corrección que se
incluyen en los catálogos.
Como se dijo a principio, esta guía pretende dar entender el proceso básico de selección de los
cuatro elementos importantes del sistema de refrigeración o congelación.
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 13

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA
Referencias
1. Carmona, J.F.D.L.O., Guía Práctica de Selección de los Elementos de una Instalación
Frigorífica. 2009: p. 111.
2. Sánchez Pineda de las Infantas, M.T., Ingeniería del Frío: Teoría y Práctica. 2001.
3. Marcelo, R.M., Refrigeración y Congelación de alimentos. 1988. Tomo 1 y 2.
4. C. Arellano M. Jonathan, e.a., Proyecto de un Sistema de Refrigeración para Congelar
Camarón en la Ciudad de Campeche. 2009.
5. Jay, J.M., Modern Food Microbiology. 1996. 5.
6. Fernandes, C.C., A Logística na Cadeia de Frio em Portugal: Transporte de Produtos
Perecíveis Congelados; Instituto Superior de Engenharia de Lisboa - Departamento de
Engenharia Mecânica. 2015.
7. Ashrae, Refrigeration Handbook (Si Edition). Ashrae 2006, United States. 2006.
REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN 14