Ingeniería electromecánica & Cadena de Frío
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Cálculo Térmico de una Cámara Frigorífica Paso a Paso + Coolselector 2 (Con Calculadora)

Ingeniería de Refrigeración • Caso Práctico Completo Basado en Webinar Técnico Danfoss México (Tec. Marcos Orozco)

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.

Sección 1 de 6 (17%)

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.

SECCIÓN 1: 5.6 m × 1.6 m Área = 8.96 m² | Vol = 21.504 m³ SECCIÓN 2: 5.3 m × 1.6 m (20.352 m³) Chaflán (1×1×2.4)/2 = 1.2 m³ Pared Superior: 7.2 m (Exterior a 35 °C) 1.6 m (25 °C) Pared Derecha: 5.3 m (35 °C / 55% HR) 1.6 m (25 °C) PARÁMETROS DE DISEÑO • Temp. Interna: 2 °C / 80% HR • Altura interior: 2.40 m • Volumen Total: 43.056 m³ • Área Suelo/Techo: 17.94 m² • Aislamiento PUR: 2" (0.0508 m) • Puertas Reach-In: 13 (1.9 × 0.6 m) • Producto: 9,100 latas (355 ml) • Marcha: 16 h/día | 220V/3F/60Hz • Equipos: 2 Sistemas (R-404A)
Volumen Total (V_T)
43.056 m³
Condición Interior
2 °C / 80 % HR
Tiempo de Marcha
16 h (57,600 s)
Carga de Producto
9,100 latas (3,476.2 kg)
Material / Sustancia Densidad (kg/m³) Calor Específico Cp (J/kg·K) Conductividad k (W/m·K) Uso en el Proyecto
Aire1.21,0000.026Volumen interno (43.056 m³)
Hierro / Acero7,87047372.0Láminas de paneles (e = 0.001 m)
Azulejo Cerámico2,3008401.3Piso cerámico (e = 0.01 m)
Vidrio2,7008330.8113 Puertas Reach-In (e = 0.003 m)
Poliuretano (PUR)401,6740.029Paneles aislantes (e = 2" = 0.0508 m)
Hormigón2,2008371.4Suelo (e = 0.100 m, T = 15 °C)
Gas Argón1.7845200.017Aislante en las 13 puertas Reach-In
Aluminio (Latas)2,700909209–2329,100 latas (0.016 kg c/u = 145.6 kg)
Bebida (Líquido)~1,0314,0110.55–0.599,100 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 ($1\text{ W} = 3.4128\text{ Btu/h}$).

• Aire interior (Diap. 6): m = 1.2 × 43.056 = 51.6672 kg | ṁ = 0.000897 kg/s → Q = 29.601 W = 101.02 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
• Suelo Hormigón (Diap. 10): A = 17.94 m², k = 1.4, e = 0.10 m, ΔT = 13 K → 3,265.08 W × (16/24) = 2,176.72 W = 7,428.71 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)
• Líquido (Diap. 13): m = 0.366 kg × 700 × 13 = 3,330.6 kg | Cp = 4,011 J/(kg·K) | ṁ = 0.05782292 kg/s
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)
• Personas (Diap. 15): 260 W × 7,200 s / 57,600 s = 32.5 W = 110.91 Btu/h
• 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.

Producto
26,379 Btu/h
Transmisión
10,102 Btu/h
Infiltración + Escarcha
2,428 Btu/h
Motores + Deshielo + Otros
3,848 Btu/h
TOTAL RÉGIMEN (Total 2)
42,757 Btu/h
Por Sistema (2 Unidades)
21,379 Btu/h

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.

ConfiguraciónModelo DanfossCódigoCondicionesRendimiento
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 %

6. Autoevaluación Técnica

1. ¿Qué porcentaje de la carga térmica total representa el enfriamiento del Producto (las 9,100 latas de bebida)?

2. ¿Cuáles son las dimensiones rectangulares equivalentes de la cámara en «L» introducidas en Coolselector®2?

3. ¿Cuál fue la desviación entre el cálculo manual de régimen (42,757 Btu/h) y Coolselector®2 (42,560 BTU/h)?

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