IFR 2.Cámaras

Tcnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Fro,

Climatizacin y Produccin de Calor

2Cmaras Frigorficas

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CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

MDULO

Instalaciones Frigorficas

Ttulo del Ciclo: TCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRO, CLIMATIZACIN Y PRODUCCIN DE CALOR

Ttulo del Mdulo: INSTALACIONES FRIGORFICAS Direccin: Direccin General de Formacin Profesional.

Servicio de Formacin Profesional y Aprendizaje Permanente.

Direccin de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera Garca Arturo Garca Fernndez Ascensin Sols Fernndez Juan Carlos Quirs Quirs Luis Mara Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antua Yolanda lvarez Granda

Coordinacin de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera

Autor: Efrn Andrs Daz

Desarrollo del Proyecto: Fundacin Metal Asturias

Coordinacin:

Javier Maestro del Estal Monserrat Rodrguez Fernndez

Equipo Tcnico de Redaccin: Alfonso Fernndez Mejas Nuria Biforcos Fernndez Laura Garca Fernndez Mara Mera Lpez

Diseo y maquetacin: Begoa Codina Gonzlez Sofa Ardura Gancedo Alberto Busto Martnez Mara Isabel Toral Alonso

Coleccin: Materiales didcticos de aula Serie: Formacin Profesional Especfica Edita: Consejera de Educacin y Ciencia Direccin General de Formacin Profesional Servicio de Formacin Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: 978-84-690-8583-7 Depsito Legal: AS-05744-2007 Copyright: 2007. Consejera de Educacin y Ciencia Direccin General de Formacin Profesional Todos los derechos reservados. La reproduccin de las imgenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicacin se acogen a lo establecido en el artculo 32 (citas y reseas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extradas de documentos ya divulgados por va comercial o por Internet, se hace a ttulo de cita, anlisis o comentario crtico, y se utilizan solamente con fines docentes. Esta publicacin tiene fines exclusivamente educativos. Queda prohibida la venta de este material a terceros, as como la reproduccin total o parcial de sus contenidos sin autorizacin expresa de los autores y del Copyright.

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Cmaras Frigorficas 2

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Objetivos .............................................................................................. 4

Conocimientos ....................................................................................... 5

Introduccin .......................................................................................... 6

Contenidos generales ............................................................................ 6

Aislamiento trmico ............................................................................ 7

Materiales aislantes ...................................................................... 9

Determinacin del espesor del aislamiento .................................. 14

Cmaras frigorficas: caractersticas constructivas ............................... 17

Cmaras de construccin fija ....................................................... 17

Crmas desmontables .................................................................. 19

Puertas ......................................................................................... 20

Herrajes ....................................................................................... 22

Otros tipos de cierre ..................................................................... 23

Vlvula equilibradora de presin ................................................. 24

Resumen de contenidos ......................................................................... 27

Autoevaluacin ...................................................................................... 29

Respuestas de actividades ..................................................................... 31

Respuestas de autoevaluacin ............................................................... 32

Sumario general

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Mdulo: Instalaciones Frigorficas T

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Al finalizar el estudio de esta unidad sers capaz de:

Identificar los materiales aislantes ms utilizados en la industria frigorfica y conocer su origen y fabricacin, as como sus caractersticas principales.

Analizar los factores que influyen en la entrada de calor a travs de las paredes de las cmaras frigorficas.

Determinar el espesor ms econmico de la capa aislante dependiendo del uso que se vaya a dar a la cmara frigorfica.

Conocer las caractersticas constructivas de las cmaras frigorficas de construccin fija y desmontables.

Identificar los distintos tipos de puertas y herrajes que se instalan en las cmaras fri-gorficas.

Objetivos

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aCONCEPTOSS

Transferencia de calor por conveccin y conduccin.

Conductividad trmica de los materiales aislantes.

PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS

Descripcin del fenmeno de la transferencia de calor a travs de paredes.

Clculo del calor que atraviesa una pared que separa dos espacios a distinta tem-peratura.

Determinacin del espesor ms econmico para una cmara frigorfica.

Colocacin de los materiales aislantes en cmaras de construccin fija.

Caractersticas constructivas de las cmaras desmontables.

Puertas y herrajes. Tipos y caractersticas.

Funcin de la vlvula equilibradora de presin.

ACTITUDESS

Abierta a las posibilidades que ofrecen los distintos materiales aislantes.

Analtica respecto a los fenmenos que se producen en el interior de las cmaras fri-gorficas como consecuencia de la diferencia de temperaturas.

Conocimientos que deberas adquirir

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Contenidos generales

Los equipos frigorficos enfran el aire, pero de nada servira si no pudiramos retenerlo para conservar nuestros alimentos; por eso los equipos frigorficos deben completarse con un recinto adecuado en el que almacenar el fro. Cabe pensar que cualquier recinto puede cumplir esa funcin, pero un local en el que entre aire por debajo de la puerta o cuyas paredes sean caldeadas por el sol del medioda, no parecen ser los lugares ms indicados para alcanzar el fin propuesto.

Las cmaras frigorficas son recintos pensados para mantener una atmsfera fra bajo la cual conservar los alimentos u otro tipo de gnero durante largo tiempo. Para alcanzar ese objetivo debe reunir ciertos requisitos tanto en los materiales que la constituyen como en sus formas constructivas, y ese es precisamente el motivo de esta unidad didctica.

A lo largo de esta unidad didctica estudiars las caractersticas constructivas de las cma-ras frigorficas y de los materiales aislantes que se emplean en su construccin. Estudiars tambin los distintos tipos de puertas y herrajes (bisagras, manillas, etc.). Efectuars tam-bin clculos sencillos conducentes a determinar la entrada de calor a travs de las pare-des de la cmara, los cuales te servirn en prximas unidades didcticas para determinar la potencia de la instalacin.

Introduccin

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Posiblemente habrs observado que las neveras se ponen en marcha peridica-mente; lo hacen porque aumenta la temperatura en su interior y el termostato da la orden para que se ponga en marcha el compresor. El aumento de temperatura puede deberse a que se ha abierto su puerta y ha entrado aire caliente, o quiz se deba a que se han introducido alimentos calientes... Sin embargo puedes compro-bar que su funcionamiento intermitente tiene lugar tambin durante la noche, sin que nada de lo dicho anteriormente haya sucedido. Cul es la razn de que se caliente el interior de la nevera estando perfectamente cerrada?

El proceso de enfriamiento de los alimentos se inicia en el mismo momento en que el compresor del equipo frigorfico se pone en marcha, comenzando a absorber refrigerante del evaporador y originando su enfriamiento. El aire, al contacto con el evaporador se en-fra y se hace ms denso, descendiendo a la parte ms baja de la cmara y dejando un espacio que es ocupado por el aire caliente que est algo ms abajo.

El aire fro que desciende se pone en contacto con el gnero almacenado y absorbe parte del calor que contiene; su temperatura aumenta y se hace otra vez ligero, ascen-diendo hacia el evaporador (figura 1). A esta forma de transferir el calor de una parte a otra en el seno del aire y en general de cualquier flui-do se le denomina convec-cin, y se produce por la va-riacin de densidad que ste experimenta al cambiar su temperatura.

Aislamiento trmico

Fig. 1: Proceso de enfriamiento del gnero almacenado en el interior de una cmara frigorfica.

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El ciclo de enfriamiento y calentamiento en el interior de la cmara se repite una y otra vez, pero en cada repeticin el aire y el gnero estarn cada vez ms fros, pues el calor que contienen es absorbido por el evaporador. Cuando el aire haya adquirido la temperatura deseada, el termosta-to ordenar al compresor que se detenga, y el aire ya no continuar enfrindose.

La experiencia nos dice que esta situacin no durar as mucho tiempo, debido a que el calor exterior atraviesa las paredes de la cmara y calienta poco a poco el aire interior (figura 2). Al fenmeno por el cual el calor se transfiere de un extremo a otro de un slido se le denomina conduccin, y se cree que es debido al movimiento de los electrones libres en el seno del material. Puedes percibir el fenmeno de la conduccin si calientas uno de los extremos de una barra metlica, pues al poco tiempo el calor llegar al otro extremo.

A la propiedad que tienen los materiales de transmitir el calor se la denomina conductividad trmica; se identifica por la letra griega (lambda) y su valor numrico se expresa en W/mK (va-tio/metro Kelvin). Un material que transmita bien el calor tendr un valor de la conductividad trmica elevado, mientras que un material que transmita mal el calor tendr un valor bajo.

La tabla 1 incluye valores de la conductividad trmica de algunas sustancias comunes; puedes observar que el aire conduce mal el calor, motivo por el cual se utiliza como ais-lante en ventanas de doble acristalamiento o formando cmaras de aire en muros de vi-viendas. Por el contrario, el cobre es un buen transmisor del calor, y por ese motivo se utiliza en la fabricacin de intercambiadores de calor (evaporadores y condensadores).

Fig. 2: Flujo de calor a travs de las paredes de la cmara.

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MATERIAL CONDUCTIVIDAD TRMICA (W/mK) Acero 50,2

Agua 0,58

Aire 0,024

Aluminio 205,0

Cobre 385,0

Corcho 0,04

Hielo 1,6

Hormign 0,8

Ladrillo aislante 0,15

Ladrillo rojo 0,6

Latn 109,0

Madera 0,12 0,04

Plata 406,0

Plomo 34,7

Vidrio 0,8

Las cmaras frigorficas son recintos pensados especialmente para conservar el fro en su interior; por lo que estn construidos con materiales de baja conductividad trmica. Estu-diaremos a continuacin las caractersticas de estos materiales.

Materiales aislantes

Estos materiales cumplen la funcin de impedir, o al menos disminuir, el flujo de calor entre el exterior y el interior de la cmara frigorfica. Su baja conductividad trmica se debe a que estn formados por un gran nmero de clulas cerradas que contienen aire seco u otros gases de baja conductividad; esto explica tambin su baja densidad.

Otra caracterstica que deben reunir los materiales aislantes es que han de ser hidrfugos, es decir, deben evitar la humedad o las filtraciones, pues de lo contrario perdern parte de su capacidad aislante debido a la presencia de agua en su interior observa en la tabla 1 que el agua tiene una conductividad 20 veces mayor que la del aire seco. Por otra parte el agua puede originar tambin la putrefaccin del material aislante si ste tiene origen orgnico, siendo causa de malos olores y de su destruccin.

A continuacin se describen los materiales aislantes de uso frecuente en la industria frigor-fica; al lado de su denominacin figuran las iniciales segn la denominacin europea, que se corresponden con las iniciales de su denominacin en lengua inglesa.

Tabla 1: Conductividad trmica de algunos materiales.

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o Paneles de corcho (ICB)

El corcho se obtiene de la corteza del alcornoque. Es una masa elstica y homognea de clulas muertas aplanadas e impregnadas de una sustancia grasa que la hace casi impermeable. Como elemento aislan-te se comercializa en placas de 1.000 x 500 mm, con espe-sores de 20 a 160 mm. Son conocidas tambin sus otras aplicaciones, como corchos para botellas y revestimiento decorativo de paredes y suelos.

DENSIDAD (kg/m3) CONDUCTIVIDAD (W/mK) De 90 a 110 0,043

De 110 a 150 0,037

o Fibra de vidrio (GF)

Es un filamento obtenido al hacer fluir vidrio (arena de sli-ce), previamente fundido, a travs de un plato con agujeros muy finos que gira a gran velocidad. Una vez obtenida la fibra, sta se impregna de aceite mineral o de resina de polister, dando lugar a la lana de vidrio y a la fibra de vidrio rgida respectivamente.

Para el aislamiento, la lana de vidrio se presenta en forma de rollos o de paneles semirrgidos. Para la fabricacin de conductos de aire acondiciona-do se utilizan planchas semirrgidas con una de sus caras revestida de papel de aluminio.

La fibra de vidrio es un buen aislante acstico, y su resistencia al fuego lo hace idneo para fabricar prendas ignfugas. La fibra rgida se utiliza en cascos de embarcaciones, pis-cinas, depsitos, etc.


De 20 a 50 0,037

De 50 a 100 0,036

Tabla 2: Conductividad trmica del corcho. Fig. 3: Paneles de corcho para aislamientos trmicos.

Fig. 4: Lana de vidrio.

Tabla 3: Conductividad trmica de la lana de vidrio.

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o Poliestireno expandido (EPS)

Para fabricar el poliestireno expandido se utiliza como materia prima el poliestireno expansible, el cual se obtiene a su vez de la polimerizacin del estireno en presencia de un agente causante de la expansin (pentano). El poliestireno expansible, en forma de granos, se somete a una expansin calentndolo con vapor de agua a temperaturas en torno a los 100 C,

haciendo que su volumen aumente 50 veces; su peso especfico pasa de los 630 kg/m3 a valores entre 10 y 30 kg/m3. Tras una fase de reposo y estabilizacin, los granos de poliestireno se intro-ducen en moldes y se someten a un nuevo calentamiento mediante vapor de agua, expandin-dose y empaquetndose unos contra otros quedando unidos en la forma deseada.

El poliestireno expandido es tambin conocido como porexpn o corcho blanco, y se co-mercializa en planchas de 2.000 x 1.000 mm con espesores que oscilan entre los 10 y los 100 mm. Otras de sus aplicaciones son el aislamiento acstico y el embalaje de alimentos y electrodomsticos.

o Poliestireno extrudido (XPS)

Para la fabricacin de este material se utiliza la misma materia prima que para el poliesti-reno expandido; es en las fases posteriores donde ambos materiales difieren, ya que en este caso se obtiene mediante la extrusin de una pasta caliente que contiene al agente que produce la expansin. Su resistencia es mayor que la del poliestireno expandido. Se

comercializa en planchas de 2.000 x 1.000 mm con espesores entre 10 y 100 mm.


De 12 a 15 0,044

De 15 a 20 0,038

De 20 a 25 0,035

De 25 a 50 0,033


De 30 a 50 0,027

Tabla 4: Conductividad trmica del poliestireno expandido.

Fig. 5: Poliestireno expandido.

Fig. 6: Planchas de poliestireno extrudido.

Tabla 5: Conductividad trmica del poliestireno extrudido.

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o Espuma de poliuretano (PUR)

Los componentes de la espuma de poliuretano son petrleo y azcar, que tras un proceso qumico de transformacin dan origen a dos productos bsicos denominados genricamente poliol e isocianato. La mezcla en condiciones adecuadas de estos dos com-ponentes proporciona una espuma de rigidez variable, segn la proporcin de cada uno de los dos productos que se haya utilizado. El calor desprendido en la reac-cin se utiliza para evaporar un agente que al expan-dirse rellena las celdillas o burbujas que se forman, obtenindose as un producto slido de estructura celular con un volumen muy superior al que ocupa-

ban los productos originarios.

La espuma rgida se utiliza como aislante trmico e impermeabilizante, y se puede encontrar en el mercado en forma de planchas de 2.500 x 1.000 mm de cualquier espesor o bien en forma de espuma aplicable con spray o pistola. La espuma flexible no tiene utilidad como aislante trmico; se utiliza como esponjas de bao, relleno de colchones, asientos, etc.

o Lana de roca (WS)

Es una lana mineral elaborada a partir de rocas baslticas, obtenindose un producto de propiedades complementa-rias a la lana de vidrio. El caldo utilizado en la fabrica-cin de la lana de roca tiene unas caractersticas fsico-qumicas parecidas a los vidrios, estando compuesto por silicatos y xidos metlicos.

Las fibras de lana de roca se obtienen por centrifugado del material fundido, controlando en el proceso los contenidos de slice y de xidos metlicos.

Se presenta en forma de paneles rgidos de de 1.000 x 600 mm o en forma de placas de 120 x 100 mm, cuyo espesor en ambos casos oscila entre 40 y 60 mm.


De 32 a 40 0,020

De 40 a 80 0,020

Fig. 7: Planchas de espuma de poliu-retano.

Tabla 6: Conductividad trmica del poliuretano.

Fig. 8: Lana de roca.

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o Vidrio celular (CG)

Se obtiene a partir de polvo de vidrio, calentado hasta su temperatura de fusin y expandido por medio de un car-bono gasificado que hace aumentar su volumen unas 15 veces. Tras su enfriamiento se obtiene un material com-puesto por minsculas clulas de vidrio cerradas hermti-camente. La naturaleza de las paredes de las clulas y su perfecta estanquidad proporcionan a este material unas caractersticas extraordinarias como aislante.

Se comercializa en planchas de 300 x 450 mm y de 450 x 600 mm, con espesores que van desde los 4 hasta los 15 mm.

o Espuma elastomrica (FEF)

Se fabrica a base de caucho sinttico flexible, obtenindose una estructura celular cerrada. El ms conocido es el Armaflex, que se fabrica en forma de coquillas de 2 metros de longi-

tud para el aislamiento de tubos de distintos dimetros, o bien en forma de planchas de 2.000 x 500 mm


De 55 a 70 0,039

De 70 a 100 0,038

De 100 a 120 0,037


De 130 a 140 0,048

DENSIDAD (kg/m3) CONDUCTIVIDAD (W/mK) 90 (coquillas) 0,0306

113 (planchas) 0,030

Tabla 7: Conductividad trmica de la lana de roca.

Fig. 9: Vidrio celular.

Tabla 8: Conductividad trmica del vidrio celular.

Fig. 10: Planchas y coquillas de espuma elastomrica.

Tabla 9: Conductividad trmica de la espuma elastomrica.

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Determinacin del espesor del aislamiento

Hasta aqu hemos estudiado las caractersticas y el modo de obtencin de algunos materia-les aislantes; estudiaremos a continuacin el modo de calcular la cantidad de calor que los atraviesa, con el fin de determinar el espesor de aislante que se debe instalar.

El calor que atraviesa por segundo una pared de superficie S que separa a dos ambientes de temperaturas Te y Ti respectivamente, se calcula mediante la expresin:

Q se obtiene en vatios, o lo que es lo mismo, en J/s; por lo que la expresin anterior nos proporciona el calor (en Julios) que atraviesa la pared en cada segundo.

De la expresin (1) podemos deducir que la cantidad de calor que atraviesa la pared ser tanto mayor cuanto mayor sea su superficie S, su conductividad trmica o la diferencia de temperaturas existente entre el exterior y el interior de la cmara (Te Ti); a su vez, ser tambin mayor cuanto menor sea el espesor, e, de la pared.

En una cmara frigorfica interesa que la cantidad de calor que fluye hacia el interior sea lo ms pequea posible, pues de esa manera podr mantenerse la temperatura interior duran-te ms tiempo sin necesidad de que entre a funcionar el equipo frigorfico. Segn esto, lo ideal sera que S, y (Te Ti) tomaran valores muy pequeos, mientras que el espesor de-bera tomar valores muy grandes. Sin embargo estos valores no pueden ser elegidos basn-dose puramente en criterios de flujo calorfico, como veremos a continuacin:

] La superficie S de las paredes de la cmara est condicionada por el tamao de la misma, y ste a su vez por la cantidad de gnero que se pretenda a almacenar en ella.

] La temperatura exterior Te depender de factores climticos caso de cmaras ex-puestas al ambiente exterior o de confort cmaras en el interior de locales o grandes almacenes.

] La temperatura interior Ti depende del tipo de gnero a refrigerar; los valores de esta temperatura se determinan para obtener su ptima conservacin, por lo que no debe variarse atendiendo a otros criterios.

EN LA QUE

S Se expresa en m2

Se expresa en W/mK e Se expresa en m

Te y Ti Se expresa en grados Kelvin (K)

( ) iT - eT S Q e = (1)

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Sin embargo existen otros trminos en la expresin (1) que s pueden ser elegidos en este sentido:

] El coeficiente de conductividad depende del tipo de material que se instale como aislante. Ser, pues, beneficioso elegir materiales con un coeficiente lo ms bajo posible, siempre que renan las condiciones idneas para servir como aislantes (hidrfugos, no putrescentes, etc.).

] El espesor e puede ser establecido a voluntad, aunque tiene algunas limitaciones: un espesor grande disminuye la capacidad til de la cmara y eleva su coste de fabrica-cin. En este caso es conveniente encontrar un equilibrio entre el gasto de construc-cin, la prdida de espacio y el gasto producido como consecuencia del funciona-miento del equipo frigorfico.

o Determinacin del espesor econmico

El siguiente procedimiento te servir de ayuda a la hora de elegir el espesor del aislante.

El flujo de calor (q) es la cantidad de calor que atraviesa la pared por unidad de superficie:

Su valor mximo admisible depende del destino que se le vaya a dar a la cmara:

q = 8 W/m2 para conservacin a temperatura positiva. q = 6 W/m2 para congelacin o conservacin a temperatura negativa.

Si retomamos la ecuacin (1) y pasamos S al primer miembro en la expresin tendremos:

O bien, teniendo en cuenta (2):

Si ahora despejamos e obtendremos:

Esta expresin nos permite obtener el espesor econmico del aislante en funcin del desti-no que se le vaya a dar a la cmara. Veamos un ejemplo.

qS

Q= (2)

( ) iT - eT e S Q = (3)

( )iT - eT e q = (4)

( )iT - eT q e = (5)

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Una cmara frigorfica destinada a la conservacin de congelados a -18 C se desea aislar mediante planchas de poliuretano de densidad 40 kg/m3. La tempe-ratura mxima en el exterior se estima en 32 C. Determinar el espesor econmi-co a instalar en dicha cmara.

La conductividad trmica del poliuretano se obtiene de la tabla 6. = 0,020 W/mK

Las temperaturas exterior e interior expresadas en grados Kelvin son: Te = -18 + 273 = 255 K Ti = 32 + 273 = 305 K

Al ser una cmara destinada a la conservacin de congelados, el valor mximo de q ser:

q = 6 W/m2

Sustituyendo estos valores en la expresin (5) se tiene: El espesor a instalar ser de unos 17 cm.

Ejemplo

( ) m 0,167 K 255) - (305 W/m6

W/mK 0,020 iT - eT q

e2

===

ctiv

idad

a Para esta actividad debes utilizar una caja metlica (una cajade galletas o similar) y una caja de madera, as como un ter-mmetro de los utilizados para medir la temperatura ambiente. Introduce el termmetro en la caja metlica y sta, a su vez, enel interior del compartimento congelador de tu nevera. Trans-currida una hora saca la caja del congelador y anota la tempe-ratura registrada en el termmetro. Despus haz lo mismo con la caja de madera (previamente debes dejar que el termmetro est a temperatura ambiente). Analiza los resultados obtenidos.

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Las cmaras frigorficas deben reunir unos requisitos para que el fro se conserve en su interior el mayor tiempo posible. Hemos visto que los materiales aislantes, con su bajo coeficiente de conductividad trmica, disminuyen de manera impor-tante la entrada de calor a travs de las paredes, pero, son las paredes la nica entrada para el calor? Representan las puertas un inconveniente en este sentido? Hay otros inconvenientes adems de la entrada de calor?

En el captulo anterior hemos estudiado las caractersticas de los materiales aislantes y sus formas comerciales, as como la manera de obtener el espesor ms econmico. En este cap-tulo estudiaremos los distintos tipos de cmaras frigorficas y sus caractersticas constructivas.

Cmaras de construccin fija

Estas cmaras (figura 11) se construyen con paredes de ladrillo sobre suelo de hormign, sobre las que se extiende una primera capa de material bituminoso o compuesto asfltico que sirva como barrera contra el paso del vapor de agua hacia el interior de la cmara. La causa que origina este flujo de vapor se encuentra en la diferencia de presiones existente entre el interior y el exterior de la cmara: al enfriarse el aire aumenta su densidad, por lo que tiende a ocupar menos volumen (tiende a encogerse), y eso origina un descenso de la presin en el interior de la cmara; el aire exterior se ver entonces succionado a travs de las paredes. El vapor de agua que contiene el aire, inicialmente a temperatura ambien-te, se enfra a medida que atraviesa la pared y se condensa en el seno del material aislante, originando una prdida de sus propiedades y en algunos casos su deterioro y putrefaccin.

Una vez recubierto el interior de la cmara con la barrera antivapor, se recubren las paredes con dos capas de paneles de material aislante colocados de forma que no coincidan entre s las juntas de cada capa; estos paneles se cubren con rasilla (ladrillo hueco y delgado) sobre los que se extiende finalmente una capa de hormign o bien un alicatado de baldosa o gres.

El suelo deber cubrirse con dos capas de material aislante sobre las que se colocar rasi-lla, y posteriormente un recubrimiento de cemento formando una ligera pendiente hacia el

Cmaras frigorficas: caractersticas constructivas

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desage para que puedan ser evacuada el agua procedente de los desescarches o de la limpieza interior de la cmara. Dicho desage deber estar provisto de sifn para evitar la entrada del aire exterior hacia el interior de la cmara.

En las cmaras de temperatura negativa es necesario evitar la congelacin del suelo, ya que podra ser el origen de deformaciones y grietas. Este inconveniente se evita dejando cmaras de aire bajo el suelo por las que circula el aire a temperatura ambiente. Si no es posible la construccin de estas cmaras, se recurre a su calentamiento mediante resisten-cias elctricas o mediante tubos por los que circula agua glicolada.

El techo se construir con viguetas y listones de madera, entre los que se instercalarn los paneles de aislante sujetos mediante enrejillado y posteriormente cubiertos con una fina capa de hormign; sobre ellos se construyen cmaras de aire para ventilacin.

Fig. 11: Cmara de construccin fija.

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Cmaras desmontables

Estas cmaras (figura 12) se construyen con paneles prefabricados, generalmente de po-liestireno expandido o de espuma rgida de poliuretano, con espesores que van desde los 60 hasta los 160 mm; para proporcionarles mayor resistencia mecnica van recubiertos por ambos lados con chapa de acero galvanizado de 0,5 mm de espesor prelacada en blanco. Para evitar la entrada de calor en las zonas de unin entre paneles, el ensamble tiene forma machihembrada (figura 13).

Las cmaras destinadas a refrigeracin pueden instalarse directamente sobre el suelo de obra, teniendo siempre la precaucin de que ste est perfectamente plano para evitar deformaciones y malos ajustes en el ensamble de los paneles. Si la cmara se destina a congelacin deber pre-verse algn sistema de ventilacin bajo los paneles del suelo para evi-tar su congelacin; el sistema ms habitual consiste en interponer unos rastreles de unos 40 mm de altura entre el suelo de la cmara y el suelo de obra.

En estas cmaras no es necesaria la colocacin de barreras antivapor, ya que la chapa prelacada cumple per-fectamente esa funcin.

Fig. 12: Cmara desmontable antes y despus de su montaje.

Fig. 13: Detalle del ensamble machihembrado de dos paneles de poliestireno expandido.

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Puertas

Al igual que los paneles laterales, las puertas estn construidas con panel aislante revestido de chapa de acero inoxidable o pintada de color blanco. Los marcos son de madera reves-tida tambin en chapa. Atendiendo al sistema de cierre las puertas pueden clasificarse en:

] Pivotantes, que son las que abren girando sobre bisagras dispuestas en uno de los marcos laterales. Las destinadas a cmaras de temperatura positiva son encastrables, es decir, el ancho de la puerta se introduce completamente en el hueco. Las destina-das a cmaras de temperatura negativa son superpuestas, es decir, asientan sobre el marco exterior sin introducirse en el hueco de la puerta, consiguindose de esa for-ma un mejor aislamiento al no existir ranura entre la puerta y el marco; comparati-vamente tienen mayor espesor y consistencia que las anteriores El marco inferior puede no existir, permitiendo el paso de carretillas al interior de la cmara.

Fig. 14: Puertas pivotantes: encastrable (izquierda) y superpuesta (derecha). Fuente: INFRACA

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] De corredera. Estas puertas (figura 17) abren deslizndose lateralmente gracias a unas ruedas que giran so-bre un carril situado en la parte superior de la puerta. Generalmente se utilizan para el acceso a grandes cmaras frigorficas, ya que pueden fabricarse con una gran luz para el paso de carretillas motorizadas. To-das las puertas de correde-ra son del tipo superpues-to. Sus medidas van desde 2.000 x 1.000 hasta 2.600 x 2.200, con espesores de 600 mm para conservacin y 90 a 120 mm para con-gelacin. En puertas de uso frecuente puede incorpo-rarse un dispositivo neu-mtico de apertura.

Fig. 15: Detalle de una puerta encastrable.

Fig. 16: Detalle de una puerta superpuesta.

Fig. 17: Puerta de corredera.Fuente: INFRACA

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Para obtener una buena estanqueidad en el cierre se intercala entre la puerta y el marco una tira de material elstico (espuma o caucho flexible) denominada burlete (figura 18).

Para evitar la congelacin de los burletes, las cmaras de congelacin estn provistas de resis-tencias elctricas que calientan ligeramente la zona de contacto del burlete con el marco.

Herrajes

En una cmara frigorfica los herrajes estn constituidos por las manillas y las bisagras. Los materiales en que se fabrican los herrajes son el acero galvanizado, el acero inoxidable y el zamak (aleacin de zinc, aluminio y algo de cobre y magnesio, con excelentes propie-dades para la fabricacin de piezas por inyeccin en molde).

Las bisagras pueden ser de pala (figura 19-a) para puertas encastrables, las cuales se fijan a la parte exterior de la puerta mediante tornillos, o bien verticales (figuras 19-b y 19-c) para puer-tas superpuestas, las cuales se fijan a la puerta en uno de sus cantos tambin mediante torni-llos; stas ltimas pueden incluir un sistema de elevacin, consistente en que el apoyo de la puerta en el eje de la bisagra se produce sobre dos superficies inclinadas en sentido opuesto (sealadas con una flecha en la figura 19-c); esta disposicin de los apoyos hace que la puerta, una vez abierta, vuelva por s sola a la posicin cerrada por efecto del peso de la hoja.

Fig. 18: Distintas formas de burletes.

Fig. 19: Tipos de bisagra. Fuente: FERROFRO

a. De pala. b. Vertical. c. Vertical con sistema

de elevacin (seal-do por la flecha).

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En la figura 20 se muestran algunos tipos de manilla, siendo la de palanca la ms utilizada en puertas pesadas superpuestas.

Otros tipos de cierrre

Aparte de las puertas ya estudias en el apartado anterior, existen otros sistemas de cierre especialmente pensados para lugares de trnsito frecuente. Las cortinas de lamas (figura 21-a) estn fabricadas en PVC transparente y flexible. La puerta corredera de dos hojas (figura 21-b) se abre manual o automticamente mediante un sistema neumtico. La puerta rpida enrollable (figura 21-c) est fabricada en tejido de PVC ignfugo y resistente a tem-peraturas extremas. Su accionamiento corre a cargo de un motor elctrico que puede ser puesto en marcha mediante pulsador, mando a distancia o clula fotoelctrica. La veloci-dad de apertura de estas puertas est en torno a 1 m/s, siendo la velocidad de cierre lige-ramente ms lenta en algunos modelos.

Para evitar la entrada de aire caliente a cmaras o recintos con baja temperatura, sobre todo en aquellos casos en los que la puerta deba permanecer abierta largos periodos de tiempo, se recurre a las llamadas cortinas de aire (figuras 22 y 23), que son producidas

Fig. 20: Manillas. Fuente: FERROFRO

a. De resbaln. b. De empuadura

cerrada. c. De palanca. d. Con dos resbalones.

Fig. 21: Otros tipos de cierre.

a. Cortina de lamas.b. Puerta corredera de

dos hojas. c. Puerta rpida enro-

llable.

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por un ventilador helicoidal o centrfugo que hace circular una corriente de aire exterior sobre la puerta con la inclinacin adecuada impidiendo la entrada del aire exterior.

Vlvula equilibradora de presin

Estas vlvulas (figura 24) son utilizadas en cmaras de temperatura negativa para compen-sar la importante disminucin de presin que se produce en el interior de la cmara cuan-do se abre y cierra la puerta. Cuando la diferencia de presiones alcanza un determinado valor mnimo, la vlvula se abre dejando paso de aire hacia el interior para compensar dicha diferencia.

Las vlvulas destinadas a cmaras de congelacin llevan instaladas resistencias elctricas para evitar la congelacin de las membranas (figura 24-b)

Fig. 22: Equipos de ventilacin para la genera-cin de cortinas de aire. Fuente: MUNDOCLIMA

Fig. 23: Efecto de la cortina de aire

Fig. 24: Vlvulas equilibradoras de presin.

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Como ya hemos comentado, esta disminucin de la presin es debida a que, al enfriarse, el aire tiende a reducir su volumen; podramos decir que, en cierto modo, el aire encoge con el fro; puesto que el volumen de la cmara es invariable, ese encogimiento origina una disminucin de la presin. En la figura 25 se ilustra el comportamiento del aire al abrir la puerta de la cmara:

a. Mientras la puerta permanece cerrada, el aire interior y el exterior tienen la misma presin; sin embargo, el aire interior es ms denso debido a que su temperatura es ms baja.

b. Al abrir la puerta de la cmara parte del aire interior sale al exterior, dejando un es-pacio libre que es ocupado por aire exterior. Si la puerta permanece mucho tiempo abierta, prcticamente todo el aire interior se renueva.

c. Al cerrar de nuevo la puerta, el interior de la cmara queda ocupado por aire calien-te, el cual sufre un rpido enfriamiento al ponerse en contacto con las paredes fras y con el evaporador.

d. El rpido enfriamiento del aire hace que tienda a reducir su volumen, produciendo una disminucin de la presin. Ante la diferencia de presiones, la vlvula equilibra-dora abre sus membranas para permitir la entrada de ms aire exterior que compen-se dicha depresin.

Fig. 25: Actuacin de la vlvula equilibradora de presin tras la apertura y cierre de la puerta.

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a Para esta actividad necesitars una botella de agua, de plstico,vaca. Qutale el tapn y deja que se llene de aire a temperatu-ra ambiente. A continuacin ponle el tapn procurando quequede bien cerrada e introdcela en el compartimiento de con-gelacin de tu nevera. Transcurridas unas horas saca la botelladel congelador. Qu observas en ella?

Puedes hacer el experimento tambin en sentido inverso: deja la botella abierta en el interior del congelador para que se llenede aire fro y ponle rpidamente el tapn. A continuacin sca-la del congelador y espera un tiempo hasta que adquiera latemperatura ambiente exterior. Qu observas en este caso?

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Es importante destacar que dicha diferencia de presiones, aun siendo pequea, ejerce una fuerza enorme sobre la superficie de la puerta imposibilitando su apertura: por ejemplo, con una diferencia de presiones de tan solo 0,1 atm, para abrir una puerta de 2.000 x 1.000 mm necesitaramos ejercer una fuerza de 2 toneladas!

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Materiales aislantes

Todos los materiales transmiten calor, aunque unos lo hacen con ms facilidad que otros. La propiedad quetienen los materiales de transmitir el calor se llama con-ductividad trmica; se identifica con la letra griega y sus unidades son W/mK.

Los materiales aislantes se caracterizan por tener una conductividad trmica muy baja. Los ms utilizados eninstalaciones frigorficas son el corcho, la fibra de vidrio, el poliestireno expandido, el poliestireno extrudido, el poliuretano, la lana de roca, el vidrio celular y la espu-ma elastomrica.

El calor que atraviesa una pared de cualquier material secalcula mediante la expresin:

Para obtener el espesor econmico se utliza la expresin:

donde q toma el valor de 8 W/m2 en cmaras de tempe-ratura positiva y 6 W/m2 en cmaras de temperatura negativa.

Resumen

( )iT - eT e S Q =

( ) iT - eT q e =

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Cmaras frigorficas

Las cmaras de construccin fija se construyen sobre las paredes de obra, instalando sucesivamente una capa de ma-terial bituminoso o asfltico, dos capas de material aislante, un recubrimiento de rasilla y una fina capa de hormign. La capa de material bituminoso o asfltico impide el paso del vapor de agua a travs del aislante, lo cual ocasionara un aumento de su conductividad trmica y su deterioro.

Para evitar la congelacin del suelo, en las cmaras frigorfi-cas de temperatura negativa se construyen cmaras de aire para que circule por ellas el aire a temperatura ambiente.

Las cmaras frigorficas desmontables se construyen conpaneles prefabricados, generalmente de poliestirenoexpandido o de espuma rgida de poliuretano, recubier-tos de chapa para darles mayor consistencia. Los distin-tos paneles encajan unos en otros mediante ajustes ma-chihembrados; para que la unin sea ms segura secompleta la unin con sencillos sistemas de fijacin.

Las puertas de las cmaras frigorficas pueden ser pivo-tantes (si giran sobre bisagras laterales) o de corredera (sideslizan sobre rales mediante ruedas situadas en suparte superior).

Las bisagras pueden tener un sistema de elevacin, el cualeleva ligeramente la puerta durante la apertura; este sistema lleva a la puerta por s sola a la posicin de cerrado.

Las manillas adoptan distintas formas en funcin del tipoy tamao de puerta. Las ms usuales son las de palanca,las de resbaln y las de empuadura.

Para puertas que han de ser abiertas frecuentemente se utilizan las cortinas de lamas, las puertas de doble co-rredera y las puertas rpidas enrollables. Tambin seinstalan ventiladores que crean cortinas de aire que evi-tan la entrada del aire caliente exterior.

Para compensar la diferencia de presiones que se crea cuando se abren y cierran las puertas, se instalan vlvu-las equilibradoras de presin.

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Autoevaluacin

1. Calcula el calor que atraviesa una pared de corcho de 1m2 de superficie, 100 mm de espesor y 100 kg/m3 de densidad, en un tiempo de 1 hora, sabiendo que lastemperaturas a ambos lados de la misma son de 20 C y 0 C respectivamente.

2. Calcula el calor que entra cada hora en la cmara frigorfica de la figura sabiendo que latemperatura exterior es de 30 C y la interior de -18C. Para simplificar los clclos supn que las paredes, el suelo y el techo estn sometidos a la misma temperatura exterior, yque el aislante utilizado es espuma de poliuretano de 100 mm de espesor y 40 kg/m3 de densidad.

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3. Determina el espesor econmico de poliuretano de 40 kg/m3 de densidad para una cmara destinada a la conservacin de gnero a 0 C suponiendo una temperatura exterior de 28 C.

4. Explica brevemente la funcin que realizan los siguientes elementos:

ELEMENTO FUNCIN

Burlete

Vlvula Equilibradora de presin

Sistema de elevacin de bisagra

Barrera antivapor

Cortina de aire

5. En una cmara frigorfica, cul es el lugar ms adecuado (suelo, techo o paredes verticales) para situar el evaporador?

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Respuestas Actividades

1. Los resultados de esta actividad ponen de manifiesto las distintas conductividadestrmicas de los materiales. El aire atrapado en las cajas est en ambos casos a latemperatura ambiente antes de ser introducidas en el congelador; transcurrido untiempo, sus temperaturas descienden debido a que el calor sale de las cajas atrave-sando sus paredes por conduccin. Observaremos tambin que la temperatura delaire de la caja de metal desciende con mayor rapidez, debido a que el acero con-duce mucho mejor el calor que la madera.

2. Tras permanecer varias horas en el congelador, la botella aparecer arrugada debi-do a la importante disminucin de volumen que experimenta el aire al enfriarse. Si la botella fuera de vidrio su volumen se mantendra constante (no se arrugara), y elaumento de la densidad del aire se traducira en una disminucin de la presin ensu interior.

En el segundo caso suceder a la inversa: el aire, inicialmente fro, se calentar disminuyendo su densidad y tendiendo a ocupar un volumen mayor. Puesto que labotella no es elstica, la disminucin de densidad se traducir en un aumento de lapresin en su interior.

Esta actividad pone de manifiesto las importantes variaciones de presin que se originan en las cmaras frigorficas como consecuencia de la entrada de aire ca-liente y su rpido enfriamiento tras la apertura de la puerta. Las cmaras frigorficasson recipientes rgidos; no se arrugan cuando el aire que contienen se enfra hacindose ms denso. El aumento de densidad se traduce en una disminucin dela presin en su interior.

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Respuestas Autoevaluacin

1. El clculo se efecta mediante la expresin:

En la que:

S = 1 m2 (segn enunciado del problema)

= 0,043 W/mK (se obtiene de la tabla 2 para la densidad indicada) e = 0,1 m (se expresa en metros)

Te = 20 + 273 = 293 K (las temperaturas se expresan en grados Kelvin)

Ti = 0 + 273 = 273 K

Para expresar las tempraturas en grados Kelvin debemos sumarles 273 K:

Ahora bien, dicho valor es la cantidad de calor que atraviesa la pared en 1 segun-do (1W = 1J/s), para obtener el calor que atraviesa el tabique durante 1 hora debe-remos multiplicar dicho valor por 3.600 (1 hora = 3.600 segundos).

En definitiva, la cantidad de calor que atraviesa dicha pared durante 1 hora es de 309 kJ.

( )ie T - T e S Q =

( ) ( ) W 86 273 - 293 0,1

0,043 1 T - T

e S Q ie ===

kJ 309 J 309.600 3.600 6 Q == 8

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2. Para calcular el calor que atraviesa las paredes de la cmara utilizaremos la expresin:

donde S representa la superficie total de la cmara, la cual est constituida por seis caras rectangulares cuyas superficies respectivas son: Pared frontal (incluida la puerta): S1 = 3 x 2,5 = 7,5 m2 Pared posterior: S2 = 3 x 2,5 = 7,5 m2 Pared lateral izquierda: S3 = 2 x 2,5 = 5 m2 Pared lateral derecha: S4 = 2 x 2,5 = 5 m2 Suelo: S5 = 3 x 2 = 6 m2 Techo: S6 = 3 x 2 = 6 m2

As, pues, la superficie total ser: S = S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + S6 = 7,5 + 7,5 + 5 + 5 + 6 + 6 = 37 m2

El valor de para la espuma de poliuretano se obtiene de la tabla 6: = 0,020 W/mK El espesor de las paredes, expresado en metros es: e = 100 mm = 0,1 m

Las temperaturas expresadas en grados Kelvin son: Te = 30+273 = 303 K Ti = -18+273 = 255 K

As, pues, sustituyendo estos valores en la frmula tendremos:

La cantidad anterior representa la energa calorfica que atraviesa las paredes de la cmara en 1 segundo (1 W = 1 Julio/segundo). Para conocer la energa calorfica diaria bastar multiplicar la cantidad anterior por 86.400 (1 da = 86.400 segundos).

En definitiva: Q = 30.672 kJ/da

( )ie t - t e S Q =

( ) ( ) W 355 255 - 303 0,1

0,020 37 t - t

e S Q ie ===

kJ/da 30.672 J/da 30.672.000 h1

s 86.400 sJ 355 W 355 Q ====

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3. El espesor econmico se obtiene de la expresin:

El espesor econmico deber ser de 75 mm.

4. Las principales funciones son:

ELEMENTO FUNCIN

Burlete Tira de goma o cualquier otro material elstico que se coloca en el lugar de contacto entre la puerta y el marco para evitar la entrada de aire caliente

Vlvula Equilibradora de presin

Vlvula que comunica el interior con el exterior de la cmara frigorfica y que sirve para compensar la diferencia de presiones que se produce al abrir y cerrar la puerta.

Sistema de elevacin de bisagra

Sistema mediante el cual la puerta se eleva ligeramente cuando se abre. Mediante este sistema la puerta vuelve a la posicin cerrada debido a su propio peso.

Barrera antivapor

Capa ms exterior de las cmaras frigorficas de construccin fija y que sirve para evitar que la humedad del aire se infiltre en el material ais-lante mermando sus propiedades.

Cortina de aire Barrera de aire producida por uno o varios ventiladores instalados sobre las puertas y que evita el paso de aire a su travs.

5. Teniendo en cuenta que el aire es menos denso que el fro, se acumular en la parte alta de la cmara, lo que justifica que sea ese el lugar ms idneo para insta-lar el evaporador. Cualquiera de los otros lugares (en la pared o en el suelo) permi-tira que el aire caliente se acumulara por encima del evaporador.

( )( ) ( ) m 0,075 273 - 303

80,020

it - et q e

it - et q e

===

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Notas

Tcnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Fro, Climatizacin y Produccin de Calor

Documents

IFR 2.Cámaras