Cálculo Térmico de una Cámara Frigorífica Paso a Paso y Selección en Coolselector®2
Guía interactiva para calcular manualmente las cargas térmicas de una cámara frigorífica comercial tipo Reach-In para bebidas, auditar cada fórmula termodinámica y seleccionar equipos en Coolselector®2.
1. Características y Geometría de la Cámara Frigorífica
El proyecto analiza una cámara frigorífica en forma de «L» con 13 puertas de vidrio tipo Reach-In para exhibición y enfriamiento de bebidas en lata de aluminio de 355 ml.
| Material / Sustancia | Densidad (kg/m³) | Calor Específico Cp (J/kg·K) | Conductividad k (W/m·K) | Uso en el Proyecto |
|---|---|---|---|---|
| Aire | 1.2 | 1,000 | 0.026 | Volumen interno (43.056 m³) |
| Hierro / Acero | 7,870 | 473 | 72.0 | Láminas de paneles (e = 0.001 m) |
| Azulejo Cerámico | 2,300 | 840 | 1.3 | Piso cerámico (e = 0.01 m) |
| Vidrio | 2,700 | 833 | 0.81 | 13 Puertas Reach-In (e = 0.003 m) |
| Poliuretano (PUR) | 40 | 1,674 | 0.029 | Paneles aislantes (e = 2" = 0.0508 m) |
| Hormigón | 2,200 | 837 | 1.4 | Suelo (e = 0.100 m, T = 15 °C) |
| Gas Argón | 1.784 | 520 | 0.017 | Aislante en las 13 puertas Reach-In |
| Aluminio (Latas) | 2,700 | 909 | 209–232 | 9,100 latas (0.016 kg c/u = 145.6 kg) |
| Bebida (Líquido) | ~1,031 | 4,011 | 0.55–0.59 | 9,100 latas (0.366 kg c/u = 3,330.6 kg) |
2. Cálculo Paso a Paso de las Cargas Térmicas
Despliega cada sección para ver el desarrollo matemático exacto del documento ($1\text{ W} = 3.4128\text{ Btu/h}$).
• Lámina de Hierro (Diap. 7): V = 0.05997 m³ | m = 471.9639 kg | ṁ = 0.00819382 kg/s → Q = 127.8973 W = 436.48 Btu/h
• Azulejo Cerámico (Diap. 8): V = 0.1794 m³ | m = 412.62 kg | ṁ = 0.00716354 kg/s → Q = 198.5734 W = 677.69 Btu/h
• Vidrio 13 Puertas (Diap. 9): V = 0.04446 m³ | m = 120.042 kg | ṁ = 0.00208406 kg/s → Q = 57.29 W = 195.52 Btu/h
Subtotal Cámara = 1,410.71 Btu/h
• Paredes/Techo 35°C (Diap. 11): A = 47.94 m², k = 0.029, e = 0.0508 m, ΔT = 33 K → 903.12 W × (16/24) = 602.08 W = 2,054.78 Btu/h
• Paredes 25°C (Diap. 11): A = 12.03 m², k = 0.029, e = 0.0508 m, ΔT = 23 K → 157.95 W × (16/24) = 105.30 W = 359.37 Btu/h
• 13 Puertas Argón 25°C (Diap. 12): A = 14.82 m², k = 0.017, e = 0.0508 m, ΔT = 23 K → 114.07 W × (16/24) = 76.04 W = 259.52 Btu/h
Subtotal Transmisión = 10,102.38 Btu/h (23 % del total)
Q_líquido = 0.05782292 × 4,011 × 33 K = 7,653.61 W = 26,120.24 Btu/h
• Latas Aluminio (Diap. 14): m = 0.016 kg × 700 × 13 = 145.6 kg | Cp = 909 J/(kg·K) | ṁ = 0.00252778 kg/s
Q_aluminio = 0.00252778 × 909 × 33 K = 75.82575 W = 258.78 Btu/h
Subtotal Producto = 26,379.02 Btu/h (60 % del total)
• Iluminación LED (Diap. 15): 24 W × 13 lámparas = 312 W × 7,200 s / 57,600 s = 39 W = 133.10 Btu/h
• Infiltración Psicrométrica (Diap. 16): m = 47.8134 kg, Δh = 74,700 J/kg, N = 10.668 → 661.50 W = 2,257.57 Btu/h
• Escarcha en Evaporador (Diap. 17): 0.800135 kg agua/renov. → 269,437.6 J × 10.668 / 57,600 s = 49.90 W = 170.30 Btu/h
• Motores Ventiladores (Diap. 18): 200 W + 200 W + 400 W = 800 W × 3.4128 = 2,730.24 Btu/h
• Deshielos Netos (Diap. 18): (7,340 W × 2,400 s / 57,600 s) × 3.4128 - 170.30 = 1,043.75 - 170.30 = 873.45 Btu/h
3. Auditoría y Verificación Técnica de los Datos
✅ Exactitud Aritmética y Comparativa con Coolselector®2 (+0.46 %)
Todas las operaciones matemáticas de producto (26,379.02 Btu/h), infiltración (2,257.57 Btu/h), escarcha (170.30 Btu/h), personas (110.91 Btu/h), luces (133.10 Btu/h), motores (2,730.24 Btu/h) y deshielos (873.45 Btu/h) coinciden con el software Coolselector®2 (42,560 BTU/h vs. 42,757 Btu/h manuales, desviación de solo +0.46 %).
🔍 Diferencia entre Total 1 (44,168 Btu/h) y Total 2 (42,757 Btu/h)
Los 1,410.71 Btu/h de «Cámara» (enfriamiento de aire interior, chapa de hierro, piso de azulejo y vidrio de puertas) solo ocurren en el arranque inicial (pull-down). En régimen diario continuo, la carga real es el Total 2 = 42,757 Btu/h (21,380 Btu/h por cada uno de los 2 sistemas).
⚠️ Observación sobre el Factor de Tiempo en Transmisión (Diapositivas 10 a 12 vs. 37)
En las páginas 10 a 12 el flujo de calor en Watts se multiplicó por (16 h / 24 h). En termodinámica de cámaras, como la transmisión entra durante las 24 h del día y el equipo trabaja 16 h, el factor estándar es (24 h / 16 h). Asimismo, en la página 37 el autor ingresó en Coolselector®2 un espesor de pared de 0.10 m (100 mm) y suelo aislado para igualar los ~10,000 BTU/h de transmisión.
4. Calculadora Interactiva de Carga Térmica
Modifica cualquier valor del proyecto para recalcular automáticamente todas las cargas térmicas y la capacidad de cada unidad condensadora.
5. Selección de Equipos en Coolselector®2
Para modelar la cámara en «L» dentro de Coolselector®2, se ingresa el prisma equivalente de 11.21 m × 1.60 m × 2.40 m y se divide la carga total (42,560 BTU/h) en 2 unidades condensadoras para R-404A en 220V/3F/60Hz.
| Configuración | Modelo Danfoss | Código | Condiciones | Rendimiento |
|---|---|---|---|---|
| 2 Sistemas Carrozada Exterior (60 Hz) | Optyma™ Slim Pack HPZP040D20Q (MTZ040-3VM) | 115F0613 |
R-404A | Te = -7.0 °C | Tamb = 39.0 °C | 200-230V 3F 60Hz | 21,380 BTU/h | P = 4,264 W | EER = 5.01 |
| 2 Sistemas Interior Sin Carrozar (60 Hz) | Optyma™ OP-HJZ040D40Q (MTZ040-3) | 114N3270 |
R-404A | Te = -7.6 °C | Tamb = 40.0 °C | 200-230V 3F 60Hz | 21,930 BTU/h | P = 4,119 W | EER = 5.32 |
| Componentes de Línea (1 Sistema Ref.) | VET: TE 5-3 | Solenoide: EVR 15 v2 | Unidad: OP-MPXM162MLP00E | 114X4434 |
R-404A | Te = -6.6 °C | Tc = 50.2 °C | Tubería DIN-EN 15 | 57,030 BTU/h | Carga TE 5-3 = 94 % |