APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE DIAGNÓSTICOS ENERGÉTICOS DE RAPIDA

RECUPERACIÓN A LA PEQUEÑA Y MEDIANA EMPRESA QUE EMPLEE CÁMARAS FRIGORÍFICAS

ASESOR:

ALUMNO: MARCO ANTONIO MARTINEZ GRANDE

México, D. F. a 22 de Noviembre de 2006

La autora de mis días:

Lupita

Para ella... La que envejece a mi lado sin mentira,

dando su vida hermosa por la mía, la que comprende mi alma si me mira,

y tiene por quererme una manía.

Dedicado a:

Mis hermanos:

Alexis y Luis:

Con ellos siempre alivio mi soledad, alumbrando mi camino como la luna, juntos hemos forjado eterna amistad,

en la desdicha y la fortuna.

Agradecimientos especiales:

Al Dr. Juan José Ambriz García, por las atenciones prestadas para la realización del presente seminario de proyectos. Y muy en especial al Ing. Juan Carlos López Pedraza, por su invaluable ayuda y colaboración.

ÍNDICE

I. PREFACIO i1. INTRODUCCIÓN 1

2. TEORÍA ASOCIADA. 3

2.1. Descripción del proceso de enfriamiento 32.2. Refrigeración comercial 6

2.2.1. Definición de almacen frigorífico 62.2.2. Clasificación de los sistemas de almacenamiento del frío 72.2.3. Parámetros de acondicionamiento interno. 72.2.4. Diseño de sistemas de almacenamiento frigorífico. 72.2.5. Construcción de almacenes frigoríficos. 92.2.6. Carga térmica en los almacenes frigoríficos. 92.2.7. Equipo e instrumentación. 12

2.2.7.1. Evaporadores. 122.2.7.2. Compresores. 142.2.7.3. Condensadores 15

2.2.8. Refrigerantes. 162.2.9. Control y regulación de las instalaciones frigoríficas. 172.2.10. Desagüe del agua condensada en los evaporadores. 182.2.11. Aislamiento. 18

3. CADENA DE FRÍO. 19

4. ASPECTOS GENERALES. 21

4.1. Datos de la empresa. 214.2. Descripción de la planta. 21

5. ANALISIS DEL CONSUMO DE ENERGÍA. 23

5.1. Energía empleada en la empresa. 235.2. Análisis del consumo de energía eléctrica. 23

5.2.1. Tarifa contratada 235.2.2. Energía consumida. 255.2.3. Análisis de la demanda máxima. 275.2.4. Demanda media. 285.2.5. Factor de carga 295.2.6. Factor de potencia. 305.2.7. Pagos por energía eléctrica. 30

5.3. Carga instalada en la empresa 335.4. Análisis de la carga térmica en las cámaras frigoríficas. 34

5.4.1. Aislamiento actual de las cámaras 345.4.2. Ganancia de calor por paredes 355.4.3. Ganancia de calor por cambios de aire 405.4.4. Ganancia de calor por producto a almacenar 435.4.5. Ganancia de calor por personas en el interior 445.4.6. Ganancia de calor por equipo misceláneo 445.4.7. Ganancia tota de calor 465.4.8. Aislamiento en pisos 46

5.4.8.1. Análisis de ahorros 475.4.8.2. Análisis de costos 47

6. RECOMENDACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA (ARs) 49AR 1. Sustituir las lámparas fluorescentes actuales por lámparas de alta eficiencia. 49

6.1.1. Acción recomendada 496.1.2. Descripción y antecedentes 496.2.3. Costo de implementación 55

AR 2. Sustitución de las lámparas de aditivos metálicos por lámparas de vapor de sodio de alta presión 576.3.1. Acción recomendada 576.3.2. Descripción y antecedentes 576.3.3. Costos de implementación 61

AR 3. Realiza un cambio de tarifa a O-M 626.3.1. Acción recomendada 626.3.2. Descripción 626.3.3. Análisis de ahorros 636.3.4. Costos de implementación 65

7. BIBLIGRAFÍA 67

I. PREFACIO. Actualmente en México la comercialización y transportación de productos perecederos alimenticios se realiza en condiciones no siempre eficientes; grandes mermas y elevados costos son características comunes en los centros de abasto. Según las estimaciones más optimistas, cerca del 45 por ciento de la producción nacional de frutas y hortalizas se pierden por las malas condiciones de transportación: por su parte, el abasto de productos cárnicos y marinos también presenta graves problemas por la ineficiencia de los actuales métodos de comercialización. Se ha demostrado que tanto el diseño como la construcción de sistemas de almacenamiento en frío han permanecido en estado incipiente en México, siendo todavía pocos los casos en los cuales conceptos nuevos y racionales son considerados y en los cuales las muchas posibilidades de perfeccionamiento técnico sean experimentadas. La mayor parte de los almacenes frigoríficos que existen actualmente en México, se han diseñado y construido sin tomar en cuenta las normas básicas de construcción. Algunos de los problemas más comunes encontrados son los siguientes:

� Construcción tradicional; � De carácter polivalente; � Inadecuado manejo interno de productos; � Falta de eficiencia en la operación y utilización; � Deficiencias en la regulación y control de los parámetros de acondicionamiento; � Bajo aprovechamiento del espacio frío; � Equipo obsoleto de enfriamiento; � Deficiencias en la relación producción/uso del frío; � Falta de normatividad; y, � Desconocimiento del comportamiento del alimento ante el frío.

En el presente seminario de proyectos se abordan algunos de estos temas, los cuales están relacionados principalmente con la implementación de acciones de pronta recuperación de la inversión para el ahorro y uso eficiente de la energía. Este estudio se realizó a una empresa destinada al manejo de productos perecederos, la cual cuenta con doce cámaras frigoríficas y se encarga de proveer suministros a comedores industriales. Así mismo, se tratan temas de carácter térmico ya que esta empresa tiene ya bastantes años de haber sido creada, siendo sus cámaras frigoríficas bastante antiguas.

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1. INTRODUCCIÓN.

El cometido de la agricultura consiste en la producción de los comestibles necesarios para la alimentación de hombres y animales. Una gran parte de aquellos son limitadamente conservables. La tarea de la industria de la alimentación es aumentar el tiempo de conservación mediante tratamientos adecuados y permitir así la planificación del suministro de alimentos, tanto en periodos de paz como, especialmente, en épocas de crisis. Dado el rápido crecimiento de la población de la Tierra, no sólo debe perseguirse la transformación de las zonas desérticas en tierras fértiles por irrigación, el mejor aprovechamiento de los tesoros de los mares y la mejora de los procedimientos agrícolas, sino que también se precisa proteger de la descomposición los alimentos producidos, conservando su sabor y su valor alimenticio. Por razón de las diferencias de clima y de densidad de población, habrá siempre en la Tierra zonas en las que determinados alimentos se produzcan o consuman preferentemente, por lo que la industria debe de cuidarse de que, incluso los alimentos que fácilmente se descomponen, puedan transportarse a grandes distancias sin disminución de su calidad. Frutas y plantas tropicales son solicitadas también en países nórdicos, carne de Argentina, Australia y Nueva Zelanda se ofrece también en el mercado inglés; el pescado tampoco debe faltar en el interior de un país y la manteca siberiana se transporta hasta el occidente europeo.

Para conservar utilizables los alimentos se han desarrollado muchos procedimientos, algunos de los cuales datan de muchos siglos, e incluso milenios. Sin embargo, su aplicación en escala industrial comenzó hacia el final del siglo XVIII. Nicolás Appert descubrió en 1795 el procedimiento de conservación en latas por esterilización al calor y exclusión del aire. Al mismo tiempo se introdujeron los procedimientos de desecación artificial, que se extendieron rápidamente a los más distintos alimentos (frutas, verduras, leche, huevos, carne, pescado, etc.). Paralelamente se desarrollaron otros métodos, como el ahumado, salado, conservación con vinagre, especias, azúcar y diversos productos químicos.

También se conocía en la antigüedad, que es posible prolongar considerablemente la duración de los alimentos conservándolos a bajas temperaturas utilizando el frío natural (bodegas subterráneas, manantiales fríos, nieve, hielo). También se han utilizado desde hace siglos mezclas frigoríficas (nieve con sales y ácidos). Las bajas temperaturas pudieron utilizarse en escala técnica después de la invención de máquinas frigoríficas, en la primera mitad del siglo XIX; la industria del frío existe ya desde hace unos cien años. La conservación de alimentos en fresco es una de las primeras aplicaciones del frío artificial. Pronto se reconoció que las temperaturas por encima de 0°C solo garantizan una muy limitada prolongación de la duración de muchos productos alimenticios, por lo que ya hacia el año de 1860 se pasó a la congelación, como consecuencia del interés asociado con el comercio mundial de carne congelada Thomas Sutcliffe y Eugene Dominique Nicolle construyeron en Sidney, en 1861, la primera instalación para la congelación de carne que, sin embargo, no tuvo éxito económico. Fue necesario primero que se construyeran barcos provistos con instalaciones frigoríficas, capaces de transportar la carne congelada desde los lejanos países de ultramar hasta los mercados europeos. Así, se comenzó la construcción de instalaciones frigoríficas en 1881 en Londres, y en 1882 se edifica la primera instalación en Argentina. Una amplia cámara frigorífica construida en Chicago en 1878, disponía al principio solamente de refrigeración por hielo, hasta que se le acoplaron cámaras frigoríficas en 1886. La primera instalación americana, equipada desde el

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principio con máquinas frigoríficas se construya en 1881 por la Mechanical Refrigeration Co., de Boston; rápidamente se sucedió la construcción de otras instalaciones en diferentes ciudades.

Consumir energía es sinónimo de actividad, de transformación y de progreso, siempre que ese consumo esté ajustado a nuestras necesidades y trate de aprovechar al máximo las posibilidades contenidas en la energía. Desde las necesidades más básicas y primitivas (calentarse con una hoguera o cocinar los alimentos), a las más modernas y sofisticadas (conservar esos mismos alimentos durante varios meses o enviar mensajes por escrito a través de un fax), la mejora de las condiciones de vida de los hombres o de su nivel de bienestar han exigido siempre disponer de un excedente de energía que pudiese ser consumido.

En ciertos procesos industriales, la refrigeración juega un papel muy importante puesto que generalmente el buen funcionamiento de estos equipos condiciona la continuidad de un proceso productivo y conservación de productos perecederos; además, como son equipos que operan durante las 24 horas del día, debe tenerse especial atención en el mantenimiento de éstos; el paro continuo de las mismas aumenta considerablemente los costos por pérdidas en la falta de producción, ciclos de máquinas más lentos por falta de enfriamiento y alimentos y otros perecederos que son desechados por descomposición. En el caso del sector comercio, durante el almacenamiento, transporte, exhibición de productos perecederos, principalmente alimenticios, se producen pérdidas importantes de tales mercancías, debido entre otros factores, al manejo inadecuado de los sistemas de refrigeración.

El incremento constante en los costos de los energéticos a nivel mundial ha originado que se tomen acciones para balancear los costos de producción en industrias y la optimización de los consumos energéticos. La refrigeración industrial dedicada a la conservación de alimentos y otros productos perecederos representa un gran porcentaje de la energía que se destina a la producción de frío. En general, la conservación de los alimentos no confiere al producto operaciones de transformación, siendo más costosa la producción de frío cuanto más baja es la temperatura, por lo que los costos de la energía utilizada llegan a ser muy importantes en el precio final del producto.

Un principio esencial para el ahorro de energía consiste en conocer cómo funcionan los equipos y aparatos, los diferentes tipos de energía que consumen y el distinto aprovechamiento que podemos obtener de ellos. Es por esto que un método para conocer una forma de ahorrar la energía eléctrica es implementar una auditoría energética, la cual tiene por objeto el establecer un perfil de consumo de energía en función del tiempo. Este perfil no debe ser solamente de tipo global, es decir aplicado a todo un conjunto de instalaciones, sino que es conveniente hacerlo pormenorizado por sistemas o grupos de instalaciones importantes que convenga analizar con cuidado. En general, puede obtenerse directamente un perfil global del consumo de energía eléctrica sin más que recurrir a las facturaciones de las compañías de suministro. En muchos casos será fácil separar de este perfil la parte destinada a maquinaria de producción, si se tiene la precaución de mantener un sistema independizado de conteo de energía eléctrica. Si esto no es así, convendrá hacer una estimación que permita construir el perfil de energía de los sistemas de producción de frío. Resumiendo, es importante modificar de modo adecuado las instalaciones eléctricas con el fin de permitir la contabilización de los consumos eléctricos de los sistemas de producción de frío.

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2. TEORÍA ASOCIADA. 2.1. Descripción del proceso de enfriamiento. La refrigeración es el proceso de producir frío, en realidad, extraer calor. Para producir frío lo que se hace es transportar calor de un lugar a otro. Así, el lugar al que se le sustrae calor se enfría. Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para transferir calor, para crear diferencias de temperatura se requiere energía. El método convencional y más utilizado de refrigeración, es por compresión. Mediante energía mecánica se comprime un gas refrigerante. Al condensar, este gas entrega el calor latente que antes, al evaporarse, había absorbido a un nivel de temperatura inferior. Para mantener este ciclo se emplea energía mecánica, generalmente mediante energía eléctrica. Dependiendo de los precios de la electricidad, el proceso de refrigeración puede ser costoso. Un ciclo simple frigorífico comprende cuatro procesos fundamentales: Compresión: Por la acción del compresor, el vapor resultante de la evaporación es aspirado por el evaporador por la línea de succión hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presión, la temperatura y la entalpía del vapor aumentan considerablemente gracias a un trabajo externo suministrado al compresor por un elemento motriz. El vapor sale por la línea de expulsión, (Figuras 2.1 y 2.2, estados 1-2). Condensación: El vapor atraviesa la línea de expulsión hacia el condensador donde libera el calor hacia sus alrededores. Una vez que el vapor ha prescindido de su calor adicional, su temperatura se reduce a la de saturación que corresponde a su nueva presión. Con la liberación del calor, el vapor se condensa completamente. Así mismo, el condensador extrae del refrigerante una cantidad de calor equivalente a la disminución de entalpía experimentada por el fluido, desde que entra en forma de vapor recalentado, hasta que sale en forma de líquido, (Figura 2.1 y 2.2, estados 2-3). Expansión: El ciclo de expansión ocurre entre el condensador y el evaporador, en efecto, el refrigerante líquido entra en el condensador a alta presión y a alta temperatura, y se dirige al evaporador a través de la válvula de expansión o dispositivo de estrangulamiento. La presión del líquido se reduce súbitamente a la presión de evaporación cuando el líquido cruza dicha válvula, entonces el refrigerante entra en el evaporador a temperatura de saturación y será en este lugar donde se enfriará. Una vez que ha disminuido su temperatura en el proceso de expansión, este enfriamiento del refrigerante es el que se aprovecha como foco frío en el proceso, (Figuras 2.1 y 2.2, estados 3-4). Evaporación: En el evaporador, el líquido se vaporiza a presión y temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el medio circundante. Todo el refrigerante se vaporiza hasta llegar al estado de vapor saturado pero la presión se mantiene constante, que es justamente el estado de entrada al compresor, cerrándose así el ciclo termodinámico, (Figuras 2.1 y 2.2, estados 4-1).

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Figura 2.1. Diagrama esquemático del ciclo de refrigeración.

La similitud entre este ciclo y el ciclo Rankine es evidente, ya que se trata del mismo ciclo, pero invertido, excepto que una válvula de expansión reemplaza a la bomba. Este proceso de estrangulamiento es irreversible e isoentálpico, mientras que el proceso de bombeo del ciclo Rankine es reversible. La divergencia de este ciclo ideal con el ciclo de Carnot 1'-2'-3-4'-1' es notoria en el diagrama T – S (Figura 2.2). La razón de la divergencia es que es mucho más conveniente tener un compresor que opere sólo vapor y no una mezcla de líquido y de vapor, como sería necesario durante el proceso 1'-2' del ciclo de Carnot.

Figura 2.2. Diagrama T-S del ciclo de refrigeración.

Es virtualmente imposible comprimir (en una relación razonable) una mezcla tal, como la representada por el estado l', y mantener el equilibrio entre el líquido y el vapor, porque ahí debe haber un calor y una masa transferida a través de los límites de fase. Es mucho más sencillo que el proceso de expansión tenga lugar irreversiblemente en una válvula de expansión, que lo haga en un dispositivo de expansión, que reciba líquido saturado, y descarga una mezcla de líquido y de vapor, como se necesitaría en el proceso 3-4'.

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Dado que se trata del ciclo ideal se supondrá que:

- Se aspiran en el compresor vapores en el estado de vapor saturado. - Se realiza una compresión adiabática pura. - El líquido no se subenfría en el condensador ni en el depósito de líquido. - No existen pérdidas de carga en la instalación. - Solo hay intercambio de calor en el evaporador y el condensador.

Las condiciones de trabajo están dadas por:

Pe, Te = Presión y temperatura de evaporación. Pc, Tc = Presión y temperatura de condensación.

Figura 2.3. Diagrama P-h del ciclo de refrigeración.

El análisis de los procesos en estas condiciones y para los puntos del ciclo de refrigeración es (Figura 2.3): Compresión estados 1 - 2. El refrigerante en forma de vapor saturado recibe un aporte de energía externa de compresión. El fluido aumenta su presión de Pe, hasta Pc, de forma isoentrópica. La energía absorbida es de: W = h2-h1 (2.1) Condensación estados 2 - 3. El refrigerante que sale del compresor se enfría a presión constante y se condensa hasta líquido saturado. La cantidad de calor que hay que ceder al medio condensante es: Qc = h2-h3 (2.2) Expansión estados 3 - 4. El líquido saturado a temperatura T3 y presión Pc, llega a la válvula de estrangulación donde se expande súbitamente. Esta transformación es isoentálpica y por lo tanto: h3 = h4 (2.3)

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Evaporación estados 4 - 1. El refrigerante al llegar al evaporador es una mezcla de líquido-vapor a presión Pe y temperatura Te, debido al calor del sistema a enfriar el líquido se vaporiza, así mismo utiliza el calor latente de vaporización del refrigerante. Con esto el ciclo nuevamente se repite. La cantidad de calor absorbida del medio es: Qe = h1-h4 (2.4) La potencia frigorífica será la cantidad de calor extraída de la fuente fría. La relación entre esta última y la potencia específica aportada al sistema se le denomina eficiencia, efecto frigorífico o COP (Coefficient of Performance) y se puede expresar como:

( )( )12

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hhhh

WqCOP c

−−

== (2.5)

2.2. Refrigeración comercial. 2.2.1. Definición de almacén frigorífico. El Instituto Internacional del Frío define como almacén frigorífico a un edificio destinado al almacenamiento de determinados productos (especialmente alimenticios de carácter perecedero), a regimenes especialmente de temperatura e hidrometría, a veces incluso en atmósfera artificial, que no pueden obtenerse en almacenes ordinarios sin aislamiento ni instalaciones frigoríficas, (Figura 2.4).

Figura 2.4. Elementos del acondicionamiento, diseño, construcción y utilización de sistemas de almacenamiento en frío.

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2.2.2. Clasificación de los sistemas de almacenamiento del frío. Los sistemas de almacenamiento se clasifican:

• Según la temperatura de almacenamiento: almacén de conservación para producto refrigerado y de conservación para producto congelado;

• Según la naturaleza de los productos; almacén frigorífico monovalente o polivalente;

• Según la prestación de servicios; almacén frigorífico privado o público; • Según su función económica: almacén frigorífico de producción, de distribución y

de consumo. 2.2.3. Parámetros de acondicionamiento interno. Los principales parámetros de acondicionamiento que influyen en la vida útil de los productos perecederos en los sistemas de almacenamiento en frío se muestran en la figura 2.5.

Figura 2.5. Acondicionamiento interno.

2.2.4. Diseño de sistemas de almacenamiento frigorífico. Un almacén frigorífico, constituido fundamentalmente por uno o varios locales aislados térmicamente y con equipo de enfriamiento, tiene por finalidad asegurar todo un conjunto de servicios, por lo que es importante analizar cada uno de los puntos necesarios para realizar un proyecto frigorífico de cualquier dimensión.

Temperatura Naturaleza del producto, Temperatura mínima, Temperatura diferenciada, Temperatura alternada.

Velocidad y cantidad de

aire en movimiento Carga térmica, Dimensiones internas, Modalidad de estibamiento, Distribución del aire.

ACONDICIONAMIENTO

INTERNO

Recambios de aire.

Lavados del aire.

Grado Higrométrico

Naturaleza del producto;

Diferencia de temperaturas (Tc y To); Métodos de regulación

directos, indirectos.

Modalidad de

estibamiento.

Incompatibilidad de conservación de

diferentes especies.

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Corresponde al proyectista definir, muy claramente y con todo detalle, los servicios que se esperan del almacén y las condiciones del entorno. Estas informaciones, que forman la parte técnica del pliego de condiciones, se refieren especialmente a:

a) Productos; b) Condiciones de almacenamiento; c) Almacén; d) Entorno; e) Disponibilidad local de mano de obra;

Para el dimensionamiento interno se deben tener en cuenta:

1. Naturaleza del producto; 2. Cantidad máxima de producto a almacenar; 3. Densidad de almacenamiento; 4. Manejo interno de producto, envases, embalajes, elementos de estibamiento,

manual, mecánico, etc., 5. Patrón de estibamiento, con convertidores, racks, estanterías fijas, etc.

Una decisión importante es la de definir si se dimensionan almacenes de pequeña o gran capacidad. Los almacenes de grandes dimensiones son más económicos, en el aspecto de que son menores los gastos de construcción por unidad de volumen, pero en éstos es fácil encontrar una ventilación irregular y temperaturas no uniformes, difíciles de llenar en breve tiempo e irregularidades en el acomodo del producto. Por otra parte, los almacenes pequeños resultan poco convenientes sea desde el punto de vista constructivo, como administrativo. Además, la forma y dimensiones del frigorífico guardan relación con la velocidad de deshidratación del producto. En proporción con la cantidad de productos que contienen en un almacén pequeño penetra más calor que en uno grande, porque su volumen aumenta más que el área de su superficie. Por esto es más probable que un almacén grande ofrezca mejores condiciones de almacenamiento que dos más pequeñas de la misma capacidad. Para reducir al mínimo el paso del calor por el aislamiento, la forma ideal sería un cubo, que combina el mayor espacio de almacenamiento con la menor área de superficie, los productos pueden estibarse hasta alturas mayores de ocho metros, utilizando montacargas apropiados; los límites a las alturas de los almacenes están determinados por los medios de manejo interno del producto y por la utilización de envases, embalajes, tarimas, etc. Hay que tener en cuenta que la altura de un almacén es igual a la altura de la estiba de los productos más un espacio de 0.8 a 1.2 m para tener una buena circulación del aire. La longitud y el ancho del almacén estarán en función de las condiciones de explotación prevista y del tipo de equipo de enfriamiento interno que se adopten. Para mantener una adecuada circulación del aire con la consecuente uniformidad de las condiciones internas y para facilitar el dimensionamiento interno de los almacenes, normalmente se deben de considerar los siguientes espacios libres:

- Entre pared y estiba: de 0.20 a 0.40 m; - Entre estiba y estiba: de 0.10 a 0.20 m; - Pasillo interno, depende del método de manejo interno de productos.

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2.2.5. Construcción de almacenes frigoríficos. Los factores de carácter técnico y económico que se relacionan con el diseño y construcción son:

a) Funcionalidad, es decir, que se disponga de un almacenamiento frigorífico con los requerimientos de construcción necesarios que faciliten el manejo y control del producto almacenado;

b) Tecnológicos, que cuente con el sistema de producción de frío adecuado a las condiciones de operación;

c) Versatilidad, que el sistema pueda operar en condiciones diferentes de humedad relativa (HR), temperatura (T), etcétera, de acuerdo con el tipo de producto almacenado;

d) Estética, que satisfaga las demandas actuales de diseño de acuerdo con el tipo de construcción que se disponga;

e) Económicas, que la inversión requerida sea costeable. Actualmente los almacenes se construyen de una sola planta, por motivos de ahorro de inversiones y para facilitar el manejo de los productos, así como su explotación. Las características constructivas dependen en gran medida de:

• La naturaleza del terreno; • De la zona de localización; • De la orientación al interior de la planta; • De los materiales de construcción disponibles en la región.

Según la construcción y estructura de los almacenes frigoríficos, éstos se clasifican en dos tipos:

• Almacenes frigoríficos de construcción clásica; y, • Almacenes frigoríficos prefabricados.

2.2.6. Carga térmica en los almacenes frigoríficos. Existen tres mecanismos fundamentales para la transferencia de calor: conducción, convección y radiación Conducción. Las moléculas, por su movimiento, transportan energía entre ellas (Figura 2.6). Se rige por la ley de Conducción de Calor de Fourier la cual dice que cuando existe un gradiente de temperatura en un cuerpo, hay una transferencia de energía en la región de alta temperatura a la de baja temperatura, así decimos que la energía es transferida por conducción y que su rapidez de transferencia por unidad de área es proporcional al gradiente normal de temperatura: Ley de Fourier: Q=kA(dt/dx); (2.6) Donde k es la constante de conductividad térmica de cada material.

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Este principio se utiliza para la determinación de los espesores (L) de los aislamientos.

Figura 2.6. Transferencia de calor por conducción.

De esta manera de la ecuación (2.6) se tiene: Q=kA(Text-Tint)/L (2.7) Siendo: A = Área [=] ft2 L = Espesor del aislamiento [=] ft k = Conductividad térmica [=] BTU/Hrft2°F Text = Temperatura externa [=] °F Tint = Temperatura interna [=] °F Convección. La convección del flujo de calor es cuando éste es transmitido o transportado por un gas (que puede ser aire) o un líquido. La convección puede ser forzada como es en el caso del uso de un ventilador, pudiendo también ser natural o libre, en donde el movimiento del fluido se debe a la diferencia de densidades que se presentan como resultado de una diferencia de temperaturas (Figura 2.7). La ley que rige este mecanismo de transferencia de calor es la Ley de Enfriamiento de Newton:

Figura 2.7. Transferencia de calor por convección.

Q = hA(T2-T1) (2.8) En donde: h = Coeficiente de transferencia de calor por convección [=] BTU/Hrft2°F. A = Área [=] ft2. T2 = Temperatura de la superficie [=] °F. T1 = Temperatura del aire [=] °F.

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Radiación. Cuando un objeto se expone a una radiación puede actuar de tres formas:

- Reflejándola. - Absorbiéndola. - Transmitiéndola o dejándola pasar.

Y esto depende de la longitud de onda tanto del cuerpo como de la radiación. Cuando toda la radiación que incide es reflejada se tiene un espejo perfecto (alta reflectancia). Si toda la radiación se transmite, el cuerpo es transparente (alta absortancia). Si toda la radiación incidente es absorbida se tiene un cuerpo negro (alta emisividad = 1). Estas características no se encuentran puras en un objeto, es decir, todos reflejan, todos absorben y transmiten con una variada intensidad que dependerá de la naturaleza del material, de su color y del estado de su superficie (Figura 2.8). Las superficies pulidas reflejan más que las rugosas; los colores obscuros absorben más que los claros.

Figura 2.8. Transferencia de calor por radiación.

Una característica de los cuerpos es emitir radiaciones. La cantidad de energía emitida va a depender de su temperatura, así como de su coeficiente de emisividad que es una comparación con un cuerpo negro que tiene un coeficiente de emisión 1. Entre mayor es la temperatura de un cuerpo, las radiaciones emitidas serán de longitud de onda más corta. Así, el sol emite entre 0.25 y 4 micras. Existen muchos tipos de radiación, la térmica es tan solo una de ellas, sea cual fuere el tipo de radiación, decimos que ésta se propaga a la velocidad de la luz (3 x 1010 cm/seg). Esta velocidad es igual al producto de la longitud de onda y frecuencia de la radiación. C = λν (2.9) Siendo: C = Velocidad de la luz [=] cm/seg. λ = Longitud de onda [=]μm. ν = Frecuencia [=] 1/seg. La radiación térmica fluctúa entre 0.1 a 100 mientras que la porción de visible del espectro es muy pequeña, varía entre 0.35 a 0.75 μm. La porción de la radiación térmica ocurre en forma de cuantos discretos, en la que cada cuanto tiene una energía de: E = h ν (2.10) Siendo: h = La constante de Planck h = 6.625 x 10-34 J.s

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Podemos suponer cada cuanto como una partícula que tiene masa, energía y momento. E = mc2 = hν (2.11) Cuando la densidad de energía se integra sobre las longitudes de onda, la energía total es proporcional a la temperatura absoluta a la cuarta potencia, la cual es llamada Ley de Stefan-Boltzmann. E(T) = τ T4 (2.12) Siendo: τ = Constante de Stefan-Boltzmann τ = 5.67 x 10-8 W/m2K4 La carga térmica en los almacenes frigoríficos es el resultado de la suma de calores que comúnmente provienen de varias fuentes diferentes, como son:

1. Calor transferido al espacio frío desde el exterior a través de las paredes aisladas; 2. Calor entregado por el producto al reducir su temperatura al nivel deseado; 3. Calor que ceden las tarimas, los envases o embalajes que acompañan al producto; 4. Calor desprendido por respiración (frutas y hortalizas); 5. Calor por cambios o infiltración de aire caliente del exterior; 6. Calor cedido por el personal que trabaja dentro del espacio frío; 7. Calor por iluminación del espacio frío; y, 8. Calor cedido por los motores dentro del espacio frío.

A la suma de estas fuentes de calor se le conoce como potencia frigorífica, base de cálculo para la selección de equipo y accesorios frigoríficos. 2.2.7. Equipo e instrumentación. 2.2.7.1. Evaporadores. Los sistemas de almacenamiento son mantenidos a una temperatura determinada mediante enfriadores de aire (conocidos también como evaporadores o difusores) por convección natural o forzada. Los evaporadores se pueden clasificar por el tipo de mecanismo, tipo de construcción y según su empleo. Desde el punto de vista del mecanismo de ebullición (del líquido refrigerante en el evaporador) se pueden clasificar en: Evaporadores inundados. Son evaporadores que durante su funcionamiento están llenos de líquido casi en su totalidad. Trabajan mediante válvulas de flotador, que permiten mantener el nivel del líquido. Tienen gran rendimiento, ya que toda la superficie de los tubos está inmersa en líquido refrigerante. La gran cantidad de refrigerante necesaria encarece las instalaciones de este tipo. Evaporadores semi-inundados. Este tipo de evaporadores está formado por una serie de tubos conectados a un cabezal por donde entra el líquido refrigerante. Al extremo contrario se conecta un cabezal de mayor diámetro, en el que se efectúa la aspiración de manera uniforme. Es de gran relevancia que el evaporador esté perfectamente nivelado

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para su adecuado funcionamiento y evitar que el líquido refrigerante llegue al compresor, asegura además que la distribución del líquido sea uniforme a lo largo de los tubos. Evaporadores secos. Se llaman así por que contienen exactamente la cantidad necesaria de refrigerante para evacuar el calor del recinto. El elemento esencial de estos evaporadores es la válvula de regulación que permite la entrada exacta de líquido refrigerante al evaporador. Según su construcción, los evaporadores pueden clasificarse en tres tipos: Evaporadores de tubo desnudo. Son tubos doblados en forma de serpentín de variadas estructuras, que son fabricadas bajo pedido, de acuerdo con la instalación específica. Se utilizan, al igual que los de placa para temperaturas menores de –1 °C y es inevitable la acumulación de escarcha sobre la superficie. Evaporadores de placa. Son evaporadores construidos con dos láminas planas de metal, estampadas, unidas y soldadas de manera que proveen al fluido refrigerante de una trayectoria; este tipo se utiliza en refrigeradores domésticos y congeladores, se limpian fácilmente, son económicos y se les puede dar la forma que se desee. Otro tipo es el construido con una tubería en zigzag instalada entre dos placas metálicas que se encuentran soldadas, el espacio entre placas puede ser rellenado por una solución eutética para obtener una reserva de frío. Evaporadores de tubo y aletas. Son serpentines de tubo desnudo sobre los cuales se instalan aletas o placas metálicas, que sirven para aumentar la superficie de contacto, mejorando su eficiencia. Los evaporadores también se pueden clasificar según su empleo, en dos grandes grupos. Evaporadores para enfriamiento de líquidos: Evaporadores de serpentín. Son evaporadores de tipo sumergido que están formados por uno o varios serpentines, en ellos el refrigerante circula por el interior y el líquido a enfriar envuelve al serpentín. Evaporadores de tubos en paralelo. Consisten en varios serpentines conectados en paralelo a dos conectores comunes, que son alimentados por el conector inferior. Estos trabajan en régimen semi-inundado. Evaporador intercambiador. Es un intercambiador que se encuentra aislado del medio ambiente. Por el interior de los tubos circula el refrigerante y del lado de la carcaza el líquido a enfriar. Se utilizan en instalaciones que requieren una producción rápida. Evaporador de tubos transversales. Se utilizan en la fabricación de hielo, en el enfriamiento de la salmuera. Consisten en dos conectores unidos por una serie de tubos verticales. Evaporadores para enfriamiento de aire: La forma del evaporador depende del empleo que se destine al evaporador y las características del local. Se fabrican en tubo liso o en tubo con aletas. Según el sistema de circulación de aire, los evaporadores pueden clasificarse en : Evaporadores de convección natural y evaporadores de convección forzada. Este último presenta sobre el primero las siguientes ventajas:

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• Aumento en el coeficiente global de transmisión. • Facilidad de colocación en la cámara. • Regulación de la humedad relativa.

Los evaporadores deben montarse de forma que la corriente de aire que sopla el ventilador, o ventiladores, no salga por la puerta cuando ésta se abra. Deben situarse en una pared lateral o en una esquina. Estos evaporadores van normalmente montados en el interior de cajas de plancha de aluminio con la válvula de expansión y el conexionado eléctrico en un lateral del evaporador, o bien en su parte inferior. 2.2.7.2. Compresores. El compresor, mediante un aporte externo de energía, aspira los vapores del evaporador, a baja presión; los comprime y los descarga a una presión mayor al condensador. Los compresores se pueden clasificar de acuerdo con la forma en que disipan el calor de la compresión: Abiertos. El compresor y el motor se encuentran en bloques separados, el primero se enfría por un fluido que circula por las camisas de los cilindros y el motor se enfría por aire. Estos son empleados para grandes potencias. Semi-herméticos. El compresor y motor se encuentran en un bloque hermético, con posibilidad de poder acceder al interior; se refrigeran por agua, aire o fluido refrigerante. Se emplean para medias y bajas potencias. Hermético. Son iguales que los semi-herméticos, pero no es posible acceder al interior ya que el bloque se encuentra soldado. Su empleo es para bajas potencias. Hoy en día los tres tipos de compresores más utilizados son: Compresor de pistón: Es uno de los más antiguos diseños de compresor, pero sigue siendo el más versátil y muy eficaz. Este tipo de compresor mueve un pistón hacia delante en un cilindro mediante una varilla de conexión y un cigüeñal. Si sólo se usa un lado del pistón para la compresión, se describe como una acción única. Si se utilizan ambos lados del pistón, las partes superior e inferior, es de doble acción. Compresor de tornillo rotativo: Éste es un compresor de desplazamiento con pistones en un formato de tornillo; este es el tipo de compresor predominante en uso en la actualidad. Las piezas principales del elemento de compresión de tornillo comprenden rotores machos y hembras que se mueven unos hacia otros mientras se reduce el volumen entre ellos y el alojamiento. La relación de presión de un tornillo depende de la longitud y perfil de dicho tornillo y de la forma del puerto de descarga. Compresor de paletas rotativas: El compresor de paletas, basado en una tecnología tradicional y experimentada, se mueve a una velocidad muy baja (1450 rpm), lo que le otorga una fiabilidad sin precedentes. El rotor, la única pieza en movimiento constante, dispone de una serie de ranuras con paletas deslizantes que se desplazan sobre una capa de aceite. El rotor gira en el interior de un estator cilíndrico. Durante la rotación, la fuerza centrífuga extrae las paletas de las ranuras para formar células individuales de compresión. La rotación reduce el volumen de la célula y aumenta la presión del aire. El calor que genera la compresión se controla mediante la inyección de aceite a presión. El aire a alta presión se descarga a través del puerto de salida con los restos de aceite eliminados por el separador de aceite final.

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2.2.7.3. Condensadores. La finalidad del condensador es la de licuar los vapores del refrigerante, a alta presión, provenientes del compresor. El condensador se considera como un intercambiador de calor, cuya cesión de calor se realiza en tres fases:

• Enfriamiento de los vapores de la temperatura de descarga a la temperatura de condensación.

• Cesión de calor latente de condensación a temperatura constante. • Enfriamiento del líquido de su temperatura de condensación hasta la temperatura

deseada. Los condensadores se pueden clasificar según el medio de enfriamiento que utilicen: i) Condensadores enfriados por agua. En las instalaciones industriales se emplea, siempre que es posible, el agua, ya que el empleo del aire como medio refrigerante conduce a aparatos de grandes dimensiones, además de presentar problemas en zonas cálidas. Hay condensadores de agua que utilizan el calor sensible o el calor latente. Se utilizan para potencias grandes o medianas. Multitubulares (sensible). a) Horizontales de carcaza. Consta de una envolvente cilíndrica, en cuyo interior van montados tubos paralelos longitudinales, fijados en ambos extremos por unas placas, por los tubos circula el agua y por el interior de la carcaza el fluido refrigerante. Son idénticos a los evaporadores de tubo y coraza. Se tiene la limitación que no se pueden emplear aguas muy sucias o duras. Se pueden emplear aletas en los tubos para aumentar la superficie de contacto y así aumentar su eficiencia. Es un condensador que requiere poco espacio. b) Verticales de carcaza. Análogo al anterior pero colocado verticalmente. En el fondo donde terminan los tubos de agua se encuentran abiertos al aire. La principal ventaja es que los tubos se pueden limpiar sin interrumpir el proceso. Tienen un consumo de agua elevado, aproximadamente el doble que uno horizontal de la misma capacidad. Este condensador requiere poco espacio. No pueden emplearse aguas muy duras. c) Doble tubo. Consta de dos tubos concéntricos; por el interior circula el agua, y el fluido refrigerante circula a contracorriente entre los tubos; los codos son desmontables para facilitar la limpieza. Condensadores atmosféricos (sensible y latente). Son unos serpentines colocados en diversas formas, que por el interior circula el fluido refrigerante. Estos serpentines son bañados por unas regaderas, en forma de lluvia. El efecto de enfriamiento se origina por el calentamiento del agua y por su evaporación parcial al contacto con el aire. Este tipo de condensadores se utiliza cuando hay escasez de agua. Según la forma como estén colocados se clasifican en : a) De tubos horizontales. Consta de uno o más serpentines verticales de tubos horizontales, alimentados por un colector común y descargando de igual manera sobre un colector común. Lleva la entrada de refrigerante y de agua en la parte superior. b) De descarga. Es igual al anterior, pero con unas derivaciones en los codos, que conducen al líquido condensado a un recipiente, trabajan a contracorriente.

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i) Condensadores evaporativos. Reducen el consumo de agua, hasta en un 1/20 de un condensador multitubular. Es en esencia un condensador de tubo con aletas, que tiene la entrada del refrigerante por la parte superior. Va instalado en el interior de una caja, que tiene una entrada de aire, por la parte inferior lateral y una salida del aire por la parte superior, en el techo. Se toma el agua de este depósito y se bombea a la parte superior del condensador donde se pulveriza. Sobre los pulverizadores se colocan unas placas que evitan que el agua escape al ser arrastrada por el aire. El rendimiento de estos condensadores depende de la humedad relativa del aire y la temperatura de condensación del fluido. Para la instalación de condensadores enfriados por agua hay que tener presente las siguientes consideraciones. 1. El agua empleada debe de estar exenta, lo más posible, de materiales que se adhieran al condensador a fin de evitar incrustaciones. 2. Debe haber agua suficiente para el correcto funcionamiento del condensador. 3. Cuanto menor sea la temperatura del agua, mayor será la extracción de energía que dispondrá del fluido por unidad de masa. 4. La velocidad del agua no debe ser menor a 3 m/s. 5. Que los materiales de construcción sean adecuados al requerimiento del condensador, para evitar la corrosión. 6. El condensador debe ser revisado y reparado regularmente. ii) Condensadores enfriados por aire. La transferencia de calor entre un fluido gaseoso y uno líquido siempre es menor que la transferencia entre dos líquidos. Según como sea la circulación de aire sobre el condensador, se clasificaran en condensadores de convección natural y condensadores de convección forzada, por la acción de un ventilador. Solamente los refrigeradores caseros son los que utilizan este tipo de condensador. Según su forma, pueden ser de tubos lisos, tubos con aletas o de placas. Es necesario que el condensador cumpla con las siguientes características, que son independientes del tipo de condensador.

• Amplia admisión del gas en el aparato. • Rápida evacuación del líquido. • Funcionamiento en contracorriente para aumentar su eficiencia. • Velocidad del medio enfriador rápida, para mejorar la transferencia de calor.

2.2.8. Refrigerantes. El fluido frigorífico, llamado también gas refrigerante o simplemente refrigerante, es utilizado como medio de transporte del calor, absorbe el calor de un cuerpo, espacio o sustancia (en el evaporador) y transporta el calor sustraído a un sumidero o fuente fría (condensador). Los refrigerantes se denominarán por su fórmula, denominación química o denominación simbólica numérica. La nomenclatura simbólica numérica se establece a partir de su fórmula química, primero se pone una letra 'R" seguida de un número de acuerdo con la siguiente regla:

( )( )xnmRFClHC xyn

m 11 +−−→

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El resto de los enlaces se complementará con átomos de cloro (y), se establece que la primera cifra (m-1) no se escriba si es cero. Para la producción de frío, los sistemas de almacenamiento podrán ser dotados de equipo o máquinas frigoríficas de tipo autónomo o centralizado. En el primer caso, cada cámara es dotada de una o varias instalaciones autónomas, cada una de las cuales comprenderá un compresor, un condensador, uno o varios evaporadores. Este tipo autónomo es recomendado para cámaras de una potencia frigorífica relativamente pequeña.

En el segundo caso, instalaciones centralizadas, los compresores, condensador(es) y demás equipo y accesorios frigoríficos se localizan en un local apropiado, la sala de máquinas, que alimentarán en paralelo a todos los enfriadores de aire localizados en las cámaras. Los enfriadores de aire son alimentados de tres formas; por expansión directa, por gravedad o inundados y por recirculación de líquido. 2.2.9. Control y regulación de las instalaciones frigoríficas. Las centrales frigoríficas trabajan generalmente en condiciones de carga no estática, que es variable de la hora del día, época del año y de la cantidad de producto a refrigerar. En consecuencia, las instalaciones deben estar dotadas de aparatos de control y regulación que varíen la producción de frío en función de la carga en cada instante. También se debe prever una serie de elementos de seguridad y protección que detengan total o parcial el funcionamiento de la instalación cuando las condiciones de operación sean anormales o peligrosas.

Los elementos principales empleados para la regulación son:

Válvulas de expansión. La misión de las válvulas de expansión es la de reducir la presión del refrigerante a la salida del condensador. Además regula el caudal del refrigerante que llega al evaporador, de manera que éste se encuentre en todo momento con carga justa. Los tipos más utilizadas en las instalaciones son: tubos capilares, de expansión termostática y de control de nivel del refrigerante. Las válvulas solenoides. Sirven para cortar totalmente el flujo del refrigerante a través de ellas, se pueden ocupar para impedir el paso del refrigerante al evaporador o al condensador en caso de una mala operación de éstos, regular el número de secciones activas de una serie de evaporadores sometidos a una carga parcial, etc. Las válvulas barostáticas. Estas válvulas montadas normalmente sobre la tubería de aspiración impiden que las presiones de evaporación desciendan por debajo de un valor prefijado. La válvula barostática es empleada para regular la temperatura de evaporación independientemente de las variaciones de la presión de aspiración del compresor, impide la formación de hielo en el evaporador y mantiene la presión de un evaporador a un nivel más elevado cuando se requiera una temperatura de aspiración del compresor.

Para la seguridad y protección de la instalación se utilizan:

Presostatos. Se utilizan para proteger los compresores. Son interruptores accionados por una presión que actúa sobre un fuelle o diafragma. Termostatos. Son empleados como elementos de seguridad, principalmente en los evaporadores enfriadores de agua cuando los termostatos de mínima detectan que la temperatura del agua es muy baja, paran el compresor para evitar el congelamiento del agua.

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2.2.10. Desagüe del agua condensada en los evaporadores. La parte interior de la cubierta de los evaporadores de aire forzado contiene una bandeja de desagüe que se halla conectada por una tubería al exterior. Cuando la cámara trabaja por debajo de la temperatura de congelación debe establecerse un sistema para que el agua no se congele en la tubería. Este calor lo suministra una resistencia eléctrica que puede adaptarse en la bandeja colectora. El tubo de salida de esta bandeja se conecta a un desagüe exterior que debe tener un sifón para evitar que el aire de la atmósfera retorne a la cámara. El tubo y el sifón deben, asimismo, calentarse si el tubo pasa por lugares que se encuentran por debajo del punto de congelación. Estas resistencias calentadoras del desagüe incorporar en ocasiones su propio termostato para evitar que consuman energía eléctrica durante la época calurosa. 2.2.11. Aislamiento. La producción de frío es tanto más costosa cuanto más baja es la temperatura; por consiguiente, es indispensable economizar el frío producido protegiendo los locales contra las entradas de calor, ésta es la principal finalidad del material aislante. Para que un material sea aislante, hace falta que esté formado por un gran número de celdillas cerradas conteniendo aire seco en reposo u otros gases, con un coeficiente de conductividad térmica muy bajo. Estas consideraciones explican porque todos los materiales aislantes son ligeros y también el hecho de que el poder aislante varía en función inversa a su peso específico. Entre los principales materiales aislantes utilizados en la industria frigorífica están:

1. Poliestireno expandido (k=0.028 a 0.030 kcal/hm °C) 2. Poliuretano expandido (k=0.016 a 0.020 kcal/hm °C)

La mayoría de los almacenes frigoríficos modernos están aislados térmicamente con paneles prefabricados de poliestireno expandido o poliuretano expandido.

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3. CADENA DE FRÍO. Se denomina cadena del frío al sistema integrado de almacenes y medios de transporte encargados de conservar alimentos perecederos a bajas temperaturas. Los eslabones que conforman la cadena de frío son:

• Almacenes frigoríficos industriales en la zona de producción; • Vehículos frigoríficos de transporte a larga distancia; • Almacenes frigoríficos en la zona de distribución; • Vehículos frigoríficos de distribución; • Almacenes frigoríficos en los centros consumidores; • Cámaras y muebles frigoríficos de los comercios al menudeo; y, • Frigoríficos domésticos.

Actualmente la cadena de frío en México se encuentra desarticulada y se ha venido implementado sólo parcialmente, únicamente para aquellos productores de alta rentabilidad, tanto para el mercado nacional como de exportación, presenta en su conformación problemas de carácter técnico, económico, social y geográfico, (Figura 3.1), entre los cuales se pueden mencionar:

• Falta de organización de productores; • Insuficiente organización comercial; • Falta de integración agroindustrial; • Desconocimiento de mercados; • Intermediación excesiva; • Financiamiento inoportuno; • Insumos básicos dispersos y caros; • Baja utilización de asistencia técnica; • Falta de almacenamiento especializado; • Transporte inadecuado, de servicio público sin fuente de frío; • Productos sin normalizar; • Envases inadecuados; • Desconocimiento del comportamiento del producto ante el frío; • Actividades intensivas en el uso de mano de obra no calificada; • Las centrales de abasto operan a nivel regional y concentran toda clase de

productos; • Transporte especializado sólo para productos de exportación; • Mal manejo del producto.

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Figura 3.1. Principales problemas en la comercialización de alimentos en México.

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4. ASPECTOS GENERALES. 4.1. Giro de la empresa. La empresa a la cual se le realizo éste estudio cuenta con doce cámaras frigoríficas destinadas básicamente al manejo de productos alimenticios perecederos, así como a la elaboración de desayunos individuales. 4.2. Descripción de la planta. Ésta es una empresa que cuenta con dos ramas de negocios: el servicio de comedores empresariales y el abasto integral de insumos alimenticios. Los principales insumos que se utilizan son: cárnicos, embutidos, lácteos, abarrotes, frutas y verduras. Al llegar a la planta los insumos son almacenados en distintas cámaras frigoríficas en donde la temperatura varía dependiendo de la materia prima de la que se trate. Uno de los productos que ahí se fabrican son los desayunos individuales. La fabricación se realiza en la cámara box lunch. En la producción se utilizan diversos aparatos como selladoras, empacadoras, embolsadoras, etc., en donde una vez terminados se almacenan en las cámaras box lunch 1 y 2, para de ahí salir a su venta. Existe también una cámara denominada “zona de tazajo” en donde la carne se corta dependiendo de su utilización. Después, esta carne se almacena en otra cámara de producción para posteriormente salir a la venta. La nave está dividida en tres secciones denominadas L, M y N, (Figura 4.1). En la zona L se encuentra la bodega de abarrotes, una parte de las oficinas y la planta de emergencia. En la zona M se encuentra la zona de tazajo, las cámaras frigoríficas de verduras, pollo, embutidos, lácteos, res en canal, taras, cerdo, de congelación y de producción, así como el laboratorio, zona de motores, bodega, parte de las oficinas y zona de descarga. En la zona N se encuentran las cámaras frigoríficas de producción de box lunch, box lunch 1 y 2, además el archivo, vestidores, cocina, comedor, una pequeña banda transportadora, oficinas y parte de la zona de descarga.

22

Figura 4.1. Diagrama esquemático de la empresa.

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5. ANALISIS DEL CONSUMO DE ENERGÍA. 5.1. Energía empleada en la empresa. Los insumos energéticos que se emplean son: diesel, gas L. P. y energía eléctrica. El diesel se utiliza en la planta de emergencia, la cual se enciende en ciertas horas del día, aproximadamente de 3 a 6 P. M., aunque no se lleva un registro del número de horas y los días que entra en funcionamiento esta planta. El gas L. P. se emplea en la cocina de la empresa. El mayor consumo de energía viene dado por la energía eléctrica, ya que la mayor parte del equipo que se utiliza es eléctrico. Cabe mencionar que no pudieron ser recabados los datos acerca del consumo de diesel y gas L. P., así que no fue posible hacer un estudio más detallado para corroborar lo antes mencionado. 5.2. Análisis del consumo de energía eléctrica. 5.2.1. Tarifa contratada. La empresa tiene un contrato con Luz y Fuerza del Centro en la Tarifa 3, la cual se aplica a todos los negocios que destinen su energía en baja tensión a cualquier uso con una demanda máxima superior a 25 kW. Por la forma en que está estructurada, la Tarifa 3 presenta tres tipos de cargos: Cargo por energía consumida. Se refiere a la energía eléctrica gastada en el período de facturación (aproximadamente 1 mes). Se mide en kWh. En la Tarifa 3 aplica el mismo costo en $/kWh para todos los kWh consumidos en el mes, independientemente de la hora de uso. La tarifa se modifica cada mes (Cuadro 5.1). Cargo por demanda máxima. Se considera como demanda máxima, aquella demanda de energía sostenida durante un intervalo de tiempo de 15 minutos, durante el período de facturación. Se mide en kW. Cualquier fracción de kilowatt de demanda máxima medida se toma como un kilowatt completo (Cuadro 5.1). Cargo o bonificación por factor de potencia. El factor de potencia se define como el coseno del ángulo cuya tangente es la relación de los kilovolts-ampers reactivos inductivos (kVARL) y los kWh y se emplea para saber qué tanto uso de energía reactiva hay en la empresa (Figura 5.1, ecuación 5.1). La potencia activa, medida en watts (W), representa la capacidad del circuito para realizar un trabajo en un tiempo dado. Debido a los elementos reactivos de la carga, la potencia aparente, medida en voltamper (VA), producto de la tensión por la intensidad, será igual o mayor que la potencia activa. La potencia reactiva, medida en volt-ampers reactivos (VAR), es una medida de la energía almacenada que es reflejada hacia la fuente durante cada ciclo de la corriente alterna.

Cuando el factor de potencia es igual a 0, la energía que fluye es enteramente reactiva y la energía almacenada en las cargas retorna a la fuente en cada ciclo. Cuando el factor de potencia es igual a 1, toda la energía suministrada por la fuente es consumida. Los factores

)()(cos

kVAaparentePotenciakWactivaPotenciaFP == φ (5.1)

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de potencia son expresados normalmente como "adelanto" o "retraso", para indicar el signo del ángulo de fase. Cargas inductivas, tales como transformadores, motores de inducción y en general cualquier tipo de inductancia, tal como las que acompañan a las lámparas fluorescentes, generan potencia reactiva con la intensidad retrasada respecto a la tensión. Cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables enterrados generan potencia reactiva con la intensidad adelantada respecto a la tensión. Ambos tipos de cargas absorberán energía durante parte del ciclo de corriente alterna y solamente devolverán energía a la fuente durante el resto del ciclo La compañía suministradora de energía penaliza a los usuarios que tienen un FP inferior al 90% y los bonifica en caso contrario. Por lo tanto debe mantenerse por encima del 90% (Cuadro 5.2).

Cuadro 5.1. Costo de la Tarifa eléctrica 3, aplicable en 2004-2005.

Año Mes $/kW $/kWh 2004 Noviembre 169.54 1.066 2004 Diciembre 173.00 1.088 2005 Enero 176.68 1.111 2005 Febrero 172.35 1.084 2005 Marzo 170.89 1.075 2005 Abril 168.09 1.057 2005 Mayo 169.35 1.065 2005 Junio 171.08 1.076 2005 Julio 172.91 1.088 2005 Agosto 175.14 1.102 2005 Septiembre 175.42 1.104 2005 Octubre 176.49 1.111 2005 Noviembre 180.09 1.134 2005 Diciembre 187.46 1.180

Cuadro 5.2. Cálculo de penalización o bonificación por factor de potencia.

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Figura 5.1. Triángulo de potencias.

5.2.2. Energía consumida. La empresa proporcionó los recibos de energía eléctrica del 18 de noviembre de 2004 al 20 de diciembre de 2005 (Cuadro 5.3). La empresa presenta bajos niveles de consumo en los periodos de noviembre-diciembre (C. F. 1), hasta julio-agosto (C. F. 8), con valores entre 16,000 y 20,000 kWh/mes, siendo el menor en el periodo julio-agosto (16,320 kWh). En el resto de los recibos se presenta un continuo aumento con valores más elevados, entre 33,000 y 49,000 kWh/mes, el mayor se presenta en el periodo octubre-noviembre (48,780 kWh), (Figura 5.2). Tanto en el periodo noviembre-enero como abril-junio se facturaron dos meses consecutivos, así que se dividió el consumo en ese periodo entre dos. Cabe señalar que el periodo de 17 de febrero a 17 de marzo no se incluyó ya que éste no fue proporcionado.

Cuadro 5.3. Información del uso de energía eléctrica en la empresa.

Periodo Consumo Demanda FP Ciclo F. Inicio Final (kWh) (kW) (%)

1 18-Nov-04 19-Ene-05 33240 44 92.415 2 19-Ene-05 17-Feb-05 16620 48 89.764 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 17700 48 83.941 6 19-Abr-05 17-Jun-05 39360 66 92274 7 17-Jun-05 19-Jul-05 20520 49 94.445 8 19-Jul-05 17-Ago-05 16320 48 95.447 9 17-Ago-05 19-Sep-05 40380 46 96.049 10 19-Sep-05 19-Oct-05 44280 109 89.248 11 19-Oct-05 18-Nov-05 48780 108 95.516 12 18-Nov-05 20-Dic-05 37140 105 94.369 Total 314340 Promedio 31434 67 9310.519

26

Figura 5.2. Consumo de Energía Eléctrica en la empresa.

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Nov

-Dic

Dic

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr

-May

May

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

kW

h

Para corroborar este comportamiento, se calculó el consumo diario de electricidad, lo cual se indica en el cuadro 5.4. El mayor consumo por día se alcanzó en el periodo octubre-noviembre, 1626 kWh/día, y el menor se tuvo en el periodo marzo-abril, 536.36 kWh/día, correspondiendo así a los meses en que se tuvo el mayor consumo y a uno de los meses de menor consumos. En el análisis de consumo diario se observan dos comportamientos característicos, uno de enero a agosto en donde el consumo esta entre 500 y 600 kWh/día (Figura 5.3), y a partir de esa fecha crece importantemente hasta valores que oscilan los 1200 a 1600 kWh/día, lo que refleja claramente un mayor uso de energía, teniéndose para el ciclo de facturación un promedio de 927.84 kWh/día.

Cuadro 5.4. Consumo diario de energía eléctrica.

Periodo Días totales del recibo

Consumo diario

Ciclo F. Inicio Final kWh/día 1 18-Nov-04 19-Ene-05 62 536.13 2 19-Ene-05 17-Feb-05 29 573.10 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 33 536.36 6 19-Abr-05 17-Jun-05 59 667.12 7 17-Jun-05 19-Jul-05 32 641.25 8 19-Jul-05 17-Ago-05 29 562.76 9 17-Ago-05 19-Sep-05 33 1223.64 10 19-Sep-05 19-Oct-05 30 1476.00 11 19-Oct-05 18-Nov-05 30 1626.00 12 18-Nov-05 20-Dic-05 32 1160.63

27

Figura 5.3. Comportamiento del consumo diario de energía eléctrica.

0200400600800

10001200140016001800

Nov

-Dic

Dic

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr

-May

May

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

kW

h/d

ía

5.2.3. Análisis de la demanda máxima. La empresa tiene una demanda contratada de 99 kW, se observan dos comportamientos muy marcados; de enero hasta el mes de septiembre una demanda bastante estable entre 40 y 50 kW, con un pequeño pico en el mes de junio (66 kW). A partir del mes de septiembre aumenta la demanda, la cual supera los 100 kW (Cuadro 5.3, figura 5.4).

Figura 5.4. Evolución de la demanda máxima.

0

20

40

60

80

100

120

Nov

-Dic

Dic

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr

-May

May

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

kW

28

5.2.4. Demanda media. La demanda media ( )kW es la relación entre la energía consumida en un periodo y el número de horas del periodo:

h

kWhkW = (5.2)

A partir del periodo noviembre-enero hasta julio-agosto la demanda media se encuentra entre 20 y 30 kW (C. F. 1-8), a partir de ahí la demanda comienza con un aumento que oscila entre 50 y 70 kW, siendo el máximo en el periodo octubre-noviembre de 67.75 kW (Cuadro 5.5, figura 5.5), esto se debe a que la empresa tomo un contrato fuerte en la producción de box lunch por parte de Seguridad Pública. Al término del contrato la demanda media comienza a descender hasta tener una la tendencia similar a los primeros meses del año.

Cuadro 5.5. Evolución de la demanda media.

Periodo Demanda

media Ciclo F. Inicio Final kW

1 18-Nov-04 19-Ene-05 22.34 2 19-Ene-05 17-Feb-05 23.88 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 22.35 6 19-Abr-05 17-Jun-05 27.80 7 17-Jun-05 19-Jul-05 26.72 8 19-Jul-05 17-Ago-05 23.45 9 17-Ago-05 19-Sep-05 50.98

10 19-Sep-05 19-Oct-05 61.50 11 19-Oct-05 18-Nov-05 67.75 12 18-Nov-05 20-Dic-05 48.36

Figura 5.5. Comportamiento de la demanda media.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Nov

-Dic

Dic

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr-M

ay

May

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

kW

29

5.2.5. Factor de carga El factor de carga es un indicador numérico importante acerca de la forma de uso de los equipos eléctricos en una instalación y se define como la relación entre la demanda promedio del periodo y la demanda máxima en el mismo periodo, o sea:

100xkWkWFC = (%) (5.3)

Este factor indica el comportamiento de la demanda comparada con su pico máximo. El valor máximo del FC es 100% lo que significa que la demanda máxima se mantiene a ese nivel durante todas las horas posibles. Un valor por arriba de 100 % no es posible, por lo que significa un error de medición o captura de información, como en el caso del CF 9 en donde el valor de la demanda media calculada es superior a la máxima reportada, generando un FC de 110.84% lo cual no es posible. Para el resto de los ciclos de facturación, el factor de carga se encuentra entre el 40 y 55 %, lo cual indica que existen algunos picos de demanda que podrían reducirse con una mejor programación de ésta, (Cuadro 5.6, figura 5.6)

Cuadro 5.6. Evolución del factor de carga. Periodo

Factor de

carga Ciclo F. Inicio Final %

1 18-Nov-04 19-Ene-05 50.77 2 19-Ene-05 17-Feb-05 49.75 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 46.56 6 19-Abr-05 17-Jun-05 42.12 7 17-Jun-05 19-Jul-05 54.53 8 19-Jul-05 17-Ago-05 48.85 9 17-Ago-05 19-Sep-05 110.84

10 19-Sep-05 19-Oct-05 56.42 11 19-Oct-05 18-Nov-05 62.73 12 18-Nov-05 20-Dic-05 46.06

Figura 5.6. Comportamiento del factor de carga.

0

20

40

60

80

100

120

Nov

-Dic

Dic

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr

-May

May

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

Facto

r de c

arg

a (

%)

30

5.2.6. Factor de potencia. El comportamiento del factor de potencia es un tanto errático, presentando valores por debajo del 90% en los periodos de enero-febrero, marzo-abril y septiembre-octubre (Cuadro 5.3, figura 5.7). Esto significa, un costo adicional por la energía eléctrica el cual es indispensable corregir. No obstante, la mayor parte de los valores están por encima del 90% y generan una bonificación económica.

Figura 5.7. Comportamiento del factor de potencia.

82

84

86

88

90

92

94

96

98

Nov

-Dic

Dic

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr

-May

May

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

F. P. (%

)

5.2.7. Pagos por energía eléctrica. En el cuadro 5.7 se presentan los datos económicos correspondientes al empleo de energía eléctrica. Los mayores costos corresponden a los periodos en que se tiene un mayor consumo. Cabe mencionar que los periodos tienen un factor de potencia por arriba del 90%, lo que genera una pequeña bonificación (Figura 5.8).

. Cuadro 5.7. Datos económicos de los recibos de facturación, 2004-2005.

Periodo Costo energíay Demanda

Costo por FP IVA Total

Ciclo F. Inicio Final ($) ($) ($) ($) 1 18-Nov-04 19-Ene-05 51,618.42 -361.33 7,688.56 58,946.002 19-Ene-05 17-Feb-05 26,507.34 53.01 3,984.05 30,544.003 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 27,658.43 1,189.31 4,327.16 33,175.006 19-Abr-05 17-Jun-05 63,627.69 -381.77 9,486.88 72,732.007 17-Jun-05 19-Jul-05 31,051.18 -372.61 4,601.78 35,281.008 19-Jul-05 17-Ago-05 25,712.98 -359.98 3,802.95 29,156.009 17-Ago-05 19-Sep-05 53,294.14 -852.71 7,866.22 60,307.0010 19-Sep-05 19-Oct-05 67,882.98 339.41 10,233.36 78,456.0011 19-Oct-05 18-Nov-05 73,915.95 -1,034.82 10,932.17 83,813.3012 18-Nov-05 20-Dic-05 63,447.20 -761.37 9,402.87 72,088.7

31

Figura 5.8. Evolución del pago mensual por energía eléctrica.

010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,00080,00090,000

Nov

-Ene

Ene

-Feb

Feb-

Mar

Mar

-Abr

Abr

-Jun

Jun-

Jul

Jul-A

go

Ago

-Sep

Sep

-Oct

Oct

-Nov

Nov

-Dic

Periodo

Peso

s ($

)

Para realizar el análisis fue necesario conocer el número de días de uso de la energía eléctrica por mes, dependiendo del ciclo de facturación del que se trate. Para los periodos noviembre-enero y abril-junio (C. F. 1 y 6), se anexaron 31 días por los meses de diciembre y mayo respectivamente, debido a que se facturaron dos meses consecutivos (Cuadro 5.8). También fue necesario conocer los precios de la energía eléctrica durante el periodo de estudio (Cuadro 5.1). Al realizar los cálculos de los costos tomando por separado el consumo y la demanda se encontraron valores similares, aunque en el costo total se encontraron ligeras variaciones debido tal vez al redondeo o cifras significativas, no obstante, la tendencia es la misma en ambos casos, teniéndose obviamente una mayor cantidad de dinero a pagar para un mayor consumo de energía (Cuadro 5.8). Para entender la participación de cada concepto en el pago de energía, se observa que el 62.6% del total corresponde al consumo de energía eléctrica (kWh) y el 24.8% a la demanda máxima.

32

Cuadro 5.8. Datos económicos calculados, 2004-2005.

Fecha Consumo Demanda kWh, kW FP IVA TOTAL Ciclo Fac. Inicio Final

Días primer mes

Días segundo mes

Días totales ($) ($) ($) ($) ($) ($)

1 18-Nov-04 19-Ene-05 12 19 62 36,257.87 15,360.57 51,618.44 -337.22 7,692.18 58,973.39 2 19-Ene-05 17-Feb-05 12 17 29 18,201.77 8,305.60 26,507.37 41.81 3,982.38 30,531.56 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 14 19 33 18,844.06 8,814.39 27,658.45 1,197.86 4,328.45 33,184.76 6 19-Abr-05 17-Jun-05 11 17 59 41,984.44 21,643.27 63,627.71 -392.01 9,485.36 72,721.06 7 17-Jun-05 19-Jul-05 13 19 32 22,225.73 8,825.48 31,051.20 -365.35 4,602.88 35,288.73 8 19-Jul-05 17-Ago-05 12 17 29 17,890.10 7,822.92 25,713.01 -366.85 3,801.92 29,148.09 9 17-Ago-05 19-Sep-05 14 19 33 44,545.26 8,748.96 53,294.22 -839.09 7,868.27 60,323.39 10 19-Sep-05 19-Oct-05 11 19 30 49,081.43 18,801.62 67,883.05 343.19 10,233.94 78,460.18 11 19-Oct-05 18-Nov-05 12 18 30 54,867.74 19,048.25 73,916.00 -1,067.15 10,927.33 83,776.17 12 18-Nov-05 20-Dic-05 12 20 32 43,184.54 20,262.68 63,447.22 -734.35 9,406.93 72,119.79 347,082.93137,633.74 484,716.67 -2,519.18 72,329.64 554,527.12

33

5.3. Carga instalada en la empresa. La carga existente en las instalaciones se encuentra distribuida en mayor medida en las zonas M, 87 kW y N, 75 kW, en donde la mayor demanda es por parte de los compresores. También se observa que la carga instalada es mucho mayor que la demanda contratada, esto tiene que ver, en cierta medida, con el hecho de que parte del equipo existente no se utiliza constantemente. En el levantamiento de equipo los datos fueron recabados, en mayor medida, de la información que especifica el distribuidor, aunque en algunos casos, estos datos fueron tomados de catálogos de equipos similares aunque no de la misma marca. (Cuadros 5.9, 5.10, 5.11).

Cuadro 5.9. Carga instalada en la zona L.

Cuadro 5.10. Carga instalada en la zona M.

VOLTAJE INTENSIDAD POTENCIA DEMANDA POR DEMANDAV A HP UNIDAD kW TOTAL kW

LAMPARAS DE ADITIVOSMETALICOS 400 WLAMPARAS 74 W 2 0.089 0.178

2 0.300 0.6002 0.100 0.200

TOTAL 8.658

0.480 7.680

EQUIPO CANTIDAD

COMPUTADORAIMPRESORA

16

VOLTAJE INTENSIDAD POTENCIA DEMANDA POR DEMANDAV A HP UNIDAD kW TOTAL kW

COMPRESOR 7 5 3.730 26.110COMPUTADORA 22 0.300 6.600COMPRESOR 1 7.5 5.595 5.595COMPRESORA 1 7.5 5.595 5.595SIERRA 2 220 16.5 3 2.238 4.476COMPRESOR 2 3 2.238 4.476LÁMPARA FLUORESCENTE 39W 107 0.047 5.008DIFUSOR 11 115 0.5 0.373 4.103DIFUSOR 1 3 2.238 2.238REFRIGERADOR 2 127 1.020 2.040LAMPARA INCANDESCENTE 40 0.075 3.000LÁMPARA FLUORESCENTE 74W 22 0.089 1.954EXTRACTOR 3 220 0.5 0.373 1.119INCUBADORA 3 0.500 1.500HORNO MICRO ONDAS 1 1.500 1.500CORTADORA (FILETE) 5 120 5 0.25 0.187 0.933IMPRESORA 13 0.100 1.300

DIFUSOR 4 115 0.25 0.187 0.746VENTILADOR 2 0.5 0.373 0.746

MAQUINA EMBUTIDO 0.000TOTAL 80.5977

0.12

LAMPARA DE ADITIVOSMETALICOS 400 W 3 0.48 1.44

0.03

EQUIPO CANTIDAD

LAMPARA FLUORESCENTECOMPACTA 4

34

Cuadro 5.11. Carga instalada en la zona N

5.4. Análisis de la carga térmica en las cámaras frigoríficas. 5.4.1. Aislamiento actual de las cámaras. La determinación de la carga de enfriamiento, también llamada carga térmica, es uno de los factores que no siempre es sencillo de calcular. La carga es, por lo general, la suma de un conjunto de aportaciones y rara vez de una sola fuente. La carga térmica es la cantidad de calor que deberá extraer el evaporador y será, entonces, el flujo calorífico con que será diseñado el evaporador y consecuentemente el equipo asociado. En la empresa, las cámaras frigoríficas son de forma rectangular, los muros y techos de las cámaras están construidos con láminas de acero galvanizado calibre 20, utilizando como material aislante poliestireno de 4’’ de espesor (10.16 cm) y 1.16 m de alto con bastidores de madera de 10 cm de alto, (Figura 5.9).

VOLTAJE INTENSIDAD POTENCIA DEMANDA POR DEMANDAV A HP UNIDAD kW TOTAL kW

COMPRESOR 2 220 5.00 3.730 7.460EXTRACTOR 2 5.00 3.730 7.460COMPUTADORA 25 0.300 7.500EMPACADORA VACIÓ 1 220 7.000 7.000COMPRESOR 1 220 7.50 5.595 5.595MÁQUINA EMBOLSADORA 1 220 23 5.090 5.090EMPACADORA AL VACIO 1 220 5.000 5.000LÁMPARA FLUORESCENTE 39 W 126 0.047 5.897SELLADORA AL VACIO 1 220 4.000 4.000COMPRESOR 1 3.00 2.238 2.238IMPRESORA 21 0.100 2.100REFRIGERADOR 2 127 0.25 0.187 0.373SELLADORA 1 220 2.000 2.000BANDA TRANSPORTADORA 1 220 2.00 1.492 1.492LÁMPARA FLUORESCENTE 74 W 14 0.089 1.243BANDA TRANSPORTADORA 1 220 1.00 0.746 0.746LAMPARA DE HALOGENO 15 0.050 0.750BANDA TRANSPORTADORA 1 220 0.75 0.560 0.560DIFUSOR 3 115 0.50 0.373 1.119DIFUSOR 1 115 0.50 0.373 0.373T. V. 2 0.200 0.400MÁQUINA DE HIELO 1 110 0.330 0.330DIFUSOR 1 0.50 0.373 0.373LAMPARA CURVALUM 9 0.038 0.346DIFUSOR 1 0.25 0.187 0.187MÁQUINA DE HIELO 1 110 0.250 0.250ENFRIADOR DE AGUA 1 0.100 0.100LAMPARA FLUORESCENTE COMPACTAVIDEOCASETERA 1 0.075 0.075VENTILADOR 1 0.060 0.060

TOTAL 70.2056

0.0903

EQUIPO CANTIDAD

0.030

35

Figura 5.9. Diagrama esquemático de las paredes de las cámaras frigoríficas en la empresa.

En algunas de estas cámaras, el condensador se encuentra ubicado en el techo, lo cual repercute en una ganancia de calor adicional en la cámara. 5.4.2. Ganancia de calor por paredes. El flujo calorífico del exterior al interior de la cámara de refrigeración a través de paredes, piso y techo es lo que en primera instancia, gana en calor el espacio refrigerado. Ya que no existe ningún aislamiento perfecto, siempre existirá este flujo de calor, debido a que la temperatura en el interior es menor a la exterior. La tasa de calor transmitido a través de las paredes se determina mediante la ecuación 5.4

TUAQ Δ××= (5.4) Donde: Q = Tasa de transferencia de calor [=] BTU/h A = Área de la superficie de la pared externa [=] ft2 U = Coeficiente global de transferencia de calor [=] BTU/hft2°F ΔT = Diferencia de temperaturas exterior e interior [=] °F El coeficiente de transferencia de calor (U) es una medida de la rapidez a la cual fluye el calor a través de un área de superficie de un pie cuadrado por cada grado Fahrenheit de diferencia de temperatura a través de la pared.

36

El valor de este coeficiente depende del espesor de la pared, de los materiales y medios que la componen. El factor U puede ser determinado directamente por medio de datos de la literatura o a partir de un cálculo sencillo utilizando la ecuación 5.5 para una pared construida de varios elementos

02

2

1

1

1

111

hkx

kx

kx

h

U

n

n ++++= (5.5)

Donde: h0 = Coeficiente de transferencia de calor convectivo de la superficie externa de la cámara

[=](BTU/hft2°F. h1 = Coeficiente de transferencia de calor convectivo de la superficie interna de la cámara

[=](BTU/hft2°F. kn = Conductividad térmica de cada material de construcción de la cámara [=] BTU.in/hft2°F. xn = Espesor de cada material [=] in. Los valores h1 h0 son función de las características superficiales de los materiales expuestos tanto al interior de la cámara como al exterior, de las temperaturas interna y externa y de las condiciones del medio ambiente interno y externo respectivamente. Así para h1 es común el valor de 1.65 BTU/hft2°F siempre y cuando no haya movimientos de aire al interior de la cámara. En caso que éste exista, dependiendo del flujo puede llegar a tener un valor de hasta 2 BTU/hft2°F. Para h0 se tienen valores que van desde 1.65 BTU/hft2°F, para un medio totalmente en calma, hasta 6 BTU/hft2°F para exteriores expuestos a vientos hasta de 24 km por hora. La interpolación entre estos dos valores no provoca un error considerable. Para este estudio se consideraron coeficientes de transferencia de calor convectivo de la superficie externa de las cámaras entre 1.65 y 3 ya que en algunas de éstas el condensador se encuentra en el techo, (Cuadro 5.12). La diferencia de temperatura ΔT a través de las paredes de un almacén frío por lo regular se considera que es la diferencia entre las temperaturas de diseño entre el interior y el exterior. La temperatura externa en el piso frecuentemente es entre 10°F y 20°F debajo de la temperatura promedio externa. En los cuadros 5.13 a 5.24 se presenta un resumen de las cargas térmicas para cada cámara. Cabe mencionar que la cámara de box lunch producción es la única que cuenta con un aislamiento de poliuretano inyectado y que ninguna de las cámaras cuenta con aislamiento en el piso. k1 = 0.27 BTU*in/hft2°F k2 = 0.20 BTU*in/hft2°F k3 = 26 BTU*in/hft2°F Donde: k1 = Conductividad térmica del poliestireno. k2 = Conductividad térmica de la madera. k3 = Conductividad térmica de la lámina galvanizada.

37

Cuadro 5.12. Coeficientes convectivos y espesores de las paredes de las cámaras de la empresa.

Cámara

h0 externa techo

BTU/hft2°F

h1 interna paredes

BTU/hft2°F

h2 exterior muro

BTU/hft2°F

Espesor lámina galvanizada

pulg.

Espesor madera y poliestireno

pulg. Producción 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Tazajo 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Verduras 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Pollo 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Embutidos 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Lácteos 3.00 1.80 1.65 0.036 4.0 Congelación 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Cerdo 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Res en canal 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Box Lunch* 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Box Lunch 1 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0 Box Lunch 2 2.98 1.80 1.65 0.036 4.0

*La cámara box lunch es la única que cuenta con paredes aisladas con poliuretano inyectado.

Cuadro 5.13. Ganancia de calor por paredes en la cámara producción.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 677.9 86.0 35.6 0.064 2,177.37 Norte 203.4 68.0 35.6 0.063 412.81 Sur 203.4 50.0 35.6 0.063 184.23 Este 322.8 63.0 35.6 0.063 557.22 Oeste 322.8 68.0 35.6 0.063 658.90 Piso 677.9 58.0 35.6 0.126 1,913.30 5,903.52

Cuadro 5.14. Ganancia de calor por paredes en la zona de tazajo.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 3,066.60 77.0 50.0 0.064 5,275.89 Norte 280.8 58.0 50.0 0.063 140.71 Sur 484.2 41.0 50.0 0.063 -274.10 este 613.3 24.0 50.0 0.063 -1,004.59 Oeste 613.3 62.0 50.0 0.063 463.65 Piso 3,066.6 58.0 50.0 0.126 3,091.13 7,692.71

Cuadro 5.15. Ganancia de calor por paredes en la cámara de verduras.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 113.0 86.0 46.4 0.064 285.13 Norte 94.2 50.0 46.4 0.063 21.24 Sur 94.2 68.0 46.4 0.063 127.98 Este 80.7 32.0 46.4 0.063 -73.21 Oeste 80.7 68.0 46.4 0.063 109.82 Piso 113.0 58.0 46.4 0.126 165.16

636.12

38

Cuadro 5.16. Ganancia de calor por paredes en la cámara de pollo.

Pared Área

ft2 Text

°F Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 113.0 86.0 32.0 0.064 388.87 Norte 94.2 50.0 32.0 0.063 106.21 Sur 94.2 68.0 32.0 0.063 213.30 Este 80.7 35.6 32.0 0.063 18.30 Oeste 80.7 46.4 32.0 0.063 73.21 Piso 113.0 58.0 32.0 0.126 370.19

1,170.03

Cuadro 5.17. Ganancia de calor por paredes en la cámara de embutidos.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 114.5 86.0 35.6 0.064 367.77 Norte 75.3 50.0 35.6 0.063 67.92 Sur 75.3 68.0 35.6 0.063 153.45 Este 102.2 35.6 35.6 0.063 0.00 Oeste 102.2 32.0 35.6 0.063 -23.18 Piso 114.5 58.0 35.6 0.126 323.16 889.08

Cuadro 5.18. Ganancia de calor por paredes en la cámara de lácteos.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 114.5 86.0 35.6 0.064 367.77 Norte 75.3 50.0 35.6 0.063 67.92 Sur 75.3 68.0 35.6 0.063 153.45 Este 102.2 50.0 35.6 0.063 92.72 Oeste 102.2 35.6 35.6 0.063 0.00 Piso 114.5 58.0 35.6 0.126 323.16 1,004.97

Cuadro 5.19. Ganancia de calor por paredes en la cámara de congelación.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 290.5 77.0 -4.0 0.064 1,499.36 Norte 169.5 77.0 -4.0 0.063 860.02 Sur 169.5 35.6 -4.0 0.063 422.19 Este 226 50.0 -4.0 0.063 768.85 Oeste 226 50.0 -4.0 0.063 768.85 Piso 290.5 58.0 -4.0 0.126 2,269.39 6,588.66

39

Cuadro 5.20. Ganancia de calor por paredes en la cámara de cerdo.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 324.4 77.0 35.6 0.064 855.77 Norte 169.5 -4.0 35.6 0.063 -420.45 Sur 169.5 35.6 35.6 0.063 0.00 Este 252.3 54.0 35.6 0.063 292.47 Oeste 252.3 50.0 35.6 0.063 228.89 Piso 324.4 58.0 35.6 0.126 915.59 1,872.25

Cuadro 5.21. Ganancia de calor por paredes en la cámara de res en canal.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint

°F U

BTU/hft2°F Q

BTU/h Techo 484.2 77.0 35.6 0.064 1,277.32 Norte 169.5 35.6 35.6 0.063 0.00 Sur 169.5 68.0 35.6 0.063 345.43 Este 376.6 68.0 35.6 0.063 768.72 Oeste 376.6 50.0 35.6 0.063 341.65 Piso 484.2 58.0 35.6 0.126 1,366.61 4,099.72

Cuadro 5.22. Ganancia de calor por paredes en la cámara box lunch.

Pared Area

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 936.5 77.0 50.0 0.033 828.79 Norte 218.5 68.0 50.0 0.032 127.79

Sur 218.5 68.0 50.0 0.032 125.86 Este 564.9 68.0 50.0 0.032 325.38

Oeste 564.9 28.0 50.0 0.033 -410.12 Piso 936.5 58.0 50.0 0.126 943.98

1,941.70

Cuadro 5.23. Ganancia de calor por paredes en la cámara box lunch 1.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 177.0 77.0 35.6 0.064 466.93 Norte 94.2 68.0 35.6 0.063 191.18 Sur 94.2 70.0 35.6 0.063 203.82 Este 126.4 35.6 35.6 0.063 0.00 Oeste 126.4 68.0 35.6 0.063 258.01 Piso 177.0 58.0 35.6 0.126 499.56 1,619.50

40

Cuadro 5.24. Ganancia de calor por paredes en la cámara box lunch 2.

Pared Área

ft2 Text °F

Tint °F

U BTU/hft2°F

Q BTU/h

Techo 329.4 77.0 35.6 0.064 868.92 Norte 175.5 68.0 35.6 0.063 356.10 Sur 175.5 70.0 35.6 0.063 379.64 Este 126.4 68.0 35.6 0.063 258.01 Oeste 126.4 35.6 35.6 0.063 0.00 Piso 329.4 58.0 35.6 0.126 929.70 2,792.58

5.4.3. Ganancia de calor por cambios de aire. Cualquier cantidad de aire que penetre o circule por el espacio refrigerado debe reducirse a la temperatura de almacenamiento, aumentando de este modo la carga de refrigeración. Debido a los múltiples factores variables, resulta difícil calcular con exactitud la ganancia de calor motivada por las infiltraciones; salvo casos especiales que se conoce la cantidad de aire introducido al espacio para fines de ventilación. Una de las maneras para determinar la carga por cambio de aire es cuando se conoce el flujo másico de aire entrante a la cámara; de esta forma se tiene la ecuación 5.6.

( )10arg hhmairedecambioporaC a −=•

(5.6) Donde: ma = Flujo de masa de aire que entra en 24 horas al espacio [=] lb/24hr. h0 = Entalpía del aire entrante [=] Btu/lb. h1 = Entalpía del aire interior [=] Btu/lb. El cálculo del flujo másico de aire de infiltración es quizás uno de los parámetros más difícil de determinar con exactitud, sin embargo, en términos generales, excepto en aquellos pocos casos en que el aire es introducido a propósito al espacio refrigerado, los cambios de aire que se tienen en la cámara son principalmente por infiltración a través de puertas que se abren. La cantidad de aire exterior que entra a la cámara en 24 horas debido a la apertura de puertas depende del número, tamaño y localización de la puerta o puertas y, sobre todo, de la frecuencia y el tiempo que éstas permanecen abiertas. Dada la dificultad de predecir los factores anteriores, es práctica generalizada estimar la cantidad de cambios de aire con base en la experiencia tenida en casos similares. Para realizar este cálculo se utiliza la ecuación 5.7. Q = V*CA*HR (5.7) Donde: Q = Tasa de transferencia de calor [=] Btu/h V = Volumen de la cámara [=] ft3 CA = Cambios de aire en 24 horas HR = Calor removido del aire [=] Btu/ ft3

41

Para encontrar el valor de CA se utilizan los cuadros 5.25 y 5.26 en donde se da una lista del número aproximado de cambios de aire por 24 horas para cámaras de diferentes tamaños. Así mismo, si se conoce la temperatura y humedad relativa del aire exterior, se puede encontrar el valor HR utilizando el cuadro 5.27. De esta manera, tomando como ejemplo el caso de la cámara de producción, la cual tiene una temperatura interior de 35.6 °F y un volumen de 6,671.7 ft3, con humedad relativa y temperatura del aire exterior de 50% y 86 °F respectivamente, se obtiene lo siguiente. Del cuadro 5.25, al interpolar entre 6,000 y 8,000 ft3: CA = 6.1 cambios de aire por 24 horas Del cuadro 5.27, al interpolar entre 35 y 40 °F, el calor removido del aire es: HR = 1.84 Btu/ft3 Ahora, mediante la ecuación 5.7, se calcula el calor ganado por infiltración de aire: Q = 6671.7 ft3 * 6.1 c. a /24hr* 1.83 Btu/ft3 = 3103.17 Btu/hr En el cuadro 5.28 se presenta un resumen del calor ganado por infiltración de aire exterior en las cámaras frigoríficas de la planta.

Cuadro 5.25. Cambio promedio de aire, por 24 horas para cuarto de almacenamiento con temperatura superior a 32 °F, debido a la infiltración de aire.

Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de

ft3 aire por 24 ft3 aire por ft3 aire por ft3 aire por horas 24 hrs 24 hrs 24 hrs

250 38.0 1,000 17.5 6,000 6.5 30,000 2.7 300 34.5 1,500 14.0 8,000 5.5 40,000 2.3 400 29.5 2,000 12.0 10,000 4.9 50,000 2.0 500 26.0 3,000 9.5 15,000 3.9 75,000 1.6 600 23.0 4,000 8.2 20,000 3.5 100,000 1.4 800 20.0 5,000 7.2 25,000 3.0

Cuadro 5.26. Cambio promedio de aire, por 24 horas para cuarto de almacenamiento a menos de 32 °F, debido a la infiltración de aire.

Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de Volumen Cambios de ft3 aire por 24 ft3 aire por ft3 aire por ft3 aire por

horas 24 hrs 24 hrs 24 hrs

250 29.0 1,000 13.5 6,000 5.6 30,000 2.3 300 26.2 1,500 11.0 8,000 5.0 40,000 2.1 400 22.5 2,000 9.3 10,000 4.3 50,000 1.8 500 20.0 3,000 8.1 15,000 3.8 75,000 1.6 600 18.0 4,000 7.4 20,000 3.0 100,000 1.3

800 15.3 5,000 6.3 25,000 2.6

42

Cuadro 5.27. Calor removido del aire (Btu/ft3).

Temperatura de la cámara Temperatura del aire exterior en °F de almacenamiento en °F 85 90 95 100 Porcentaje de la humedad relativa 50 60 50 60 50 60 50 60

65 0.65 0.85 0.93 1.17 1.24 1.54 1.58 1.95 60 0.85 1.03 1.13 1.37 1.44 1.74 1.78 2.15 55 1.12 1.34 1.41 1.66 1.72 2.01 2.06 2.44 50 1.32 1.54 1.62 1.87 1.93 2.22 2.28 2.65 45 1.50 1.73 1.80 2.06 2.12 2.42 2.47 2.85 40 1.69 1.92 2.00 2.26 2.31 2.62 2.67 3.06 35 1.86 2.09 2.17 2.43 2.49 2.79 2.85 3.24 30 2.00 2.24 2.26 2.53 2.64 2.94 2.95 3.35

Temperatura de la cámara Temperatura del aire exterior en °F de almacenamiento en °F 40 50 90 100 Porcentaje de la humedad relativa 70 80 70 80 50 60 50 60

30 0.24 0.29 0.58 0.66 2.26 2.53 2.95 3.35 25 0.41 0.45 0.75 0.83 2.44 2.71 3.14 3.54 20 0.56 0.61 0.91 0.99 2.62 2.90 3.33 3.73 15 0.71 0.75 1.06 1.14 2.80 3.07 3.51 3.92 10 0.85 0.89 1.19 1.27 2.93 3.20 3.64 4.04 5 0.98 1.03 1.34 1.42 3.12 3.40 3.84 4.27 0 1.12 1.17 1.48 1.56 3.28 3.56 4.01 4.43 -5 1.23 1.28 1.59 1.67 3.41 3.69 4.15 4.57 -10 1.35 1.41 1.73 1.81 3.56 3.85 4.31 4.74 -15 1.50 1.53 1.85 1.92 3.67 3.96 4.42 4.86 -20 1.63 1.68 2.01 2.09 3.88 4.18 4.66 5.10 -25 1.77 1.80 2.12 2.21 4.00 4.30 4.78 5.21 -30 1.90 1.95 2.29 2.38 4.21 4.51 4.90 5.44

Cuadro 5.28. Ganancia de calor por infiltración en las cámaras de la planta.

Cámara Volumen Tint Cambios de Calor removido Calor por fT3 °F aire por 24hr del aire infiltración de Btu/ft3 aire Btu/hr Producción 6,671.7 35.6 6.1 1.84 3,120.13 Tazajo 30,181.5 50.0 2.6 1.32 4,315.95 Verduras 926.6 46.4 18.4 1.45 1,030.10 Pollo 926.6 32.0 18.4 1.94 1,378.20 Embutidos 939.0 35.6 18.2 1.84 1,310.19 Lácteos 939.0 35.6 18.2 1.84 1,310.19 Congelación 3,335.9 -4.0 7.6 3.38 3,570.47 Cerdo 3,725.0 35.6 8.6 1.84 2,456.04 Res en canal 5,559.8 35.6 6.8 1.84 2,898.48 Box Lunch 10,748.9 50.0 4.7 1.32 2,778.58 Box Lunch 1 1,451.7 35.6 14.3 1.84 1,591.56 Box Lunch 2 2,696.0 35.6 10.3 1.84 2,128.97

43

5.4.4. Ganancia de calor por producto a almacenar. La carga debida al producto es la cantidad de calor que hay que extraerle al producto para bajar su temperatura y mantenerlo a la temperatura del cuarto refrigerado. Esta carga puede ser la contribución de:

La entrada del producto a temperatura ambiente o mayor a la temperatura de refrigeración.

Congelamiento del producto que implica calor latente. Transpiración del producto (respiración).

Esta carga depende de la temperatura del espacio refrigerado, de la temperatura de entrada de los productos, de su masa, de su calor específico y su calor de transpiración (si lo hay). En estos casos, el calor generado se determina mediante la expresión 5.6.

TCmQ p Δ= (5.6) Donde: Q = Ganancia de calor por producto [=] Btu/hr. mp = Masa del producto [=] lb. C = Calor específico [=] Btu/lb°F ΔT = Diferencia de temperatura entre el espacio refrigerado y el producto entrante [=] °F. Algunos productos como frutas y verduras siguen con vida después de la cosecha y continúan sufriendo cambios mientras están almacenadas. Estos productos, al efectuar un proceso de respiración, combinando el oxígeno del aire con los carbohidratos en el tejido de la planta, se produce CO2 y calor. Este calor es el llamado calor de respiración y deberá tomarse en cuenta en el cálculo de la carga. En el cuadro 5.29 se enlista el calor ganado por producto para cada cámara de la empresa.

Cuadro 5.29. Ganancia de calor por producto.

Cámara Masa de Calor ΔT Calor por Ganancia producto especifico °F respiración total de calor lb por día Btu/lb°F Btu/lb.día Btu/h Producción 6,600 0.66 32.0 0.00 5,808.00Tazajo 660 0.72 17.6 0.0 348.48Verduras 660 0.90 71.6 2.0 1,827.10Pollo 880 0.79 41.0 0.0 1,187.63Embutidos 880 0.58 37.4 0.0 795.37Lácteos 880 0.78 37.4 0.0 1,069.64Congelación 4,400 0.26 86.0 0.0 4,099.33Cerdo 2,200 0.55 37.4 0.0 1,885.58res en canal 8,800 0.34 37.4 0.0 4,662.53Box lunch 1,100 0.66 32.0 0.0 963.11Box lunch 1 550 0.66 46.4 0.0 701.80Box lunch 2 550 0.66 46.4 0.0 701.80

44

5.4.5. Ganancia de calor por personas en el interior. Otra de las contribuciones al aumento de la carga de refrigeración es la que da el número de personas en el interior de la cámara. El cuadro 5.30 da el equivalente calorífico por persona dentro del espacio refrigerado para temperaturas entre 50 y 82 °F.

Cuadro 5.30. Ganancia de calor producida por ocupantes

En la planta, solo la cámara de box lunch producción y la zona de tazajo cuentan con personal laborando en su interior. De esta manera, mediante el cuadro 5.30 se obtiene la ganancia de calor para estas cámaras, las cuales tienen una temperatura interior de 50°F (cuadro 5.31).

Cuadro 5.31. Ganancia de calor por ocupantes.

Cámara Aplicación típica

Número de

personas

Ganancia de calor

sensible Btu/hr

Ganancia de calor

latente Btu/hr

Ganancia total de

calor Btu/hr Box lunch

producción Fábrica,

trabajo algo pesado

6

778

222

6,000

Tazajo

Fábrica, trabajo algo

pesado

8

778

222

8,000

5.4.6. Ganancia de calor por equipo misceláneo. Otros factores que contribuyen al aumento de carga de la cámara de refrigeración son la iluminación eléctrica, los motores y otros equipos eléctricos. El alumbrado contribuye en forma proporcional a la potencia del alumbrado teniéndose una aportación de 3,413 Btu/kW*h. Los motores eléctricos y ventiladores ubicados al interior de la cámara cederán su calor de disipación viscosa (cuadro 5.32). Un resumen de la ganancia de calor por diferentes dispositivos dentro de la cámara se muestra en el cuadro 5.33.

45

Cuadro 5.32. Ganancia de calor debido al equipo misceláneo.

Calor disipado durante el funcionamiento (Btu/h)

Dispositivo calor calor sensible latente Lámparas incandescentes/kW instalado………….. 3,242 ….. Lámparas fluorescentes compactas/kW instalado.. 410 ...... Tubos fluorescentes/kW instalado............................ 1,365 ...... Motores con la carga aplicada en el mismo cuarto, por HP* De 1/8 - 1/2 HP……………………………………… 4,250 ….. De 1/2 - 3 HP………………………………………… 3,700 ….. De 3 - 20 HP………………………………………….. 2,950 ….. Cafetera eléctrica (5 galones)……………………….. 3,400 2,300 Calentador de agua………………………………….. 3,150 3,850 Horno doméstico de gas……………………………. 8,100 4,000 Cafetera de gas (5 galones)…………………………. 3,900 3,900 Equipo calentado por vapor, por ft2 ** Superficies calentadas por vapor: Pulida………………………………………………….. 130 ….. Sin pulir……………………………………………….. 330 ….. Superficie aislada…………………………………….. 80 ….. Secadores de pelo para sala de belleza; Tipo soplador………………………………………… 2,300 400 Tipo casco…………………………………………….. 1,870 330 Restaurantes, por comida servida………………….. 30 (Btu) ….. * Con carga conectada fuera del cuarto, reste 2,544 Btu/h. ** Para equipo cubierto, reduzca los valores un 50%. De Air Conditioning and Refrigeration, 4a edición, por Burgess H. Jennings y Samuel R. Lewis, con autorización de International Textbook Company.

Cuadro 5.33. Ganancia de calor por equipo eléctrico

en el interior de las cámaras.

Cámara kW

instalados Motores de Motores de Motores de Ganancia total

de 1/8-1/2 HP 1/2-3 HP 3-20 HP calor Btu/h Producción 0.600 - 4 - 16,847.80 Tazajo 2.700 8 2 - 50,615.10 Verduras 0.075 1 - - 4,505.98 Pollo 0.075 1 - - 4,505.98 Embutidos 0.150 1 - - 4,761.95 Lácteos 0.150 1 - - 4,761.95 Congelación 0.300 - - 1 3,973.90 Cerdo 0.450 - 2 - 8,935.85 res en canal 0.300 - 4 - 15,823.90 Box lunch 3.700 5 5 2 58,278.10 Box lunch 1 0.094 2 - - 8,819.46 Box lunch 2 0.094 2 - - 8,819.46

190,649.43

46

5.4.7. Ganancia tota de calor. Del estudio realizado a las cámaras de la empresa, el mayor porcentaje de ganancia de calor en las cámaras viene dado por el equipo que se encuentra en el interior de las mismas, a excepción de la cámara de congelación en la que el mayor porcentaje se debe a la ganancia de calor por paredes, (cuadro 5.34).

Cuadro 5.34. Ganancia total de calor.

Cámara

Ganancia total de

calor Btu /h

Ganancia de calor por paredes

%

Ganancia de calor porInfiltración de aire %

Ganancia de calor por producto

%

Ganancia de calor por personas

%

Ganancia de calor

por equipo %

Producción 31,679.45 18.7 9.8 18.3 0.0 53.2 Tazajo 70,972.24 10.8 6.1 0.5 11.3 71.3 Verduras 7,999.30 8.0 12.9 22.8 0.0 56.3 Pollo 8,241.84 14.2 16.7 14.4 0.0 54.7 Embutidos 7,756.59 11.5 16.9 10.3 0.0 61.4 Lácteos 8,146.75 12.3 16.1 13.1 0.0 58.5 Congelación 18,232.36 36.1 19.6 22.5 0.0 21.8 Cerdo 15,149.72 12.4 16.2 12.4 0.0 59.0 Res en canal 27,484.63 14.9 10.5 17.0 0.0 57.6 Box lunch 72,834.35 6.6 3.8 1.3 8.2 80.0 Box lunch 1 12,732.32 12.7 12.5 5.5 0.0 69.3 Box lunch 2 14,442.81 19.3 14.7 4.9 0.0 61.1

5.4.8. Aislamiento en pisos. El siguiente es un análisis para mostrar de manera teórica si es conveniente aislar el piso de las cámaras de la planta. Para esto se ha propuesto un aislante de poliuretano de 4 pulgadas de espesor, sin embargo la empresa a la cual se acudió para conocer el costo del material y mano de obra para dicha implementación sugirió el modelo que se muestra en la figura 5.10.

Figura 5.10. Elementos del sistema de aislamiento en pisos.

47

5.4.8.1. Análisis de ahorros. El desarrollo que se realiza en este análisis es similar al efectuado en la sección 5.4.2. Un resumen de los cálculos realizados se muestra en el cuadro 5.35. Las constantes utilizadas son las siguientes: k3 = 0.14 BTU*in/hft2°F k4 = 11.80 BTU*in/hft2°F k5 = 0.54 BTU*in/hft2°F Donde: k3 = Conductividad térmica del poliuretano. k4 = Conductividad térmica del aluminio. k5 = Conductividad térmica del concreto.

Cuadro 5.35. Ahorros en pisos aislados.

Cámara

Área ft2

Ganancia de calor actual Btu/h

Ganancia de calor

piso aislado Btu/h

Ahorro en consumo de

energía kWh/año

Ahorro en costos de energía $/año

Producción 677.90 1,913.30 501.10 3624.66 3987.12 Tazajo 3,066.60 3,091.13 809.58 5856.00 6441.60 Verduras 113.00 165.16 43.26 312.89 344.18 Pollo 113.00 370.19 96.95 701.31 771.44 Embutidos 114.50 323.16 84.64 612.21 673.43 Lácteos 114.50 323.16 84.64 612.21 673.43 Congelación 290.50 2,269.39 594.36 4299.26 4729.18 Cerdo 324.40 915.59 239.80 1734.55 1908.00 Res en canal 484.20 1,366.61 357.92 2588.98 2847.88 Box Lunch 936.50 943.98 247.24 1788.32 1967.15 Box Lunch 1 177.00 499.56 130.84 946.39 1041.03 Box Lunch 2 329.40 929.70 243.49 1761.28 1937.40 24,838.04 27,321.85

5.4.8.2. Análisis de costos. Para cotizar el precio tanto de material como de mano de obra se acudió a la empresa FRIGOPANEL S. A. de C. V., la cual indicó que para poder aislar los pisos de las cámaras es necesario colocar unas placas de poliuretano de 4 pulgadas seguidas de una barrera de vapor, un firme de concreto de al menos 2 pulgadas de espesor, el cual corre por cuenta del cliente, y de manera opcional una placa de aluminio antiderrapante o de acero galvanizada (Figura 5.10). Los costos se muestran en el cuadro 5.36.

48

Cuadro 5.36. Costos por aislamiento en pisos.

Cámara

Costo de placas de poliuretano

$

Costo materialde barrera de

vapor $

Costo mano de obra

$

Total

$ Producción 18,823.95 17,551.62 2,553.42 38,928.99 Tazajo 85,155.95 79,400.20 11,551.16 176,107.31 Verduras 3,137.32 2,925.27 425.57 6,488.16 Pollo 3,137.32 2,925.27 425.57 6,488.16 Embutidos 3,179.15 2,964.28 431.24 6,574.67 Lácteos 3,179.15 2,964.28 431.24 6,574.67 Congelación 8,067.41 7,522.12 1,094.32 16,683.85 Cerdo 9,008.60 8,399.71 1,221.99 18,630.30 Res en canal 13,445.68 12,542.67 1,823.87 27,812.22 Box Lunch 25,994.97 24,237.96 3,526.14 53,759.07 Box Lunch 1 4,915.14 4,582.92 666.73 10,164.79 Box Lunch 2 9,128.12 8,511.15 1,238.20 18,877.47 387,089.67

De los cuadros 5.35 y 5.36 se observa que el costo por aislar los pisos suma un total de $387,089.67, siendo mucho mayor que los ahorros que se tendrían en el consumo anual de energía, $27,321.85, así que no es económicamente factible realizar una implementación de este tipo.

49

6. RECOMENDACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA (ARs). AR 1.- Sustituir las lámparas fluorescentes actuales por lámparas de alta eficiencia. Ahorros Estimados de Energía Eléctrica = 18,776.88 kWh/año. Ahorros Estimados de Costos por Energía Eléctrica = $20,654.57/año. Ahorros Estimados de Demanda = 22.49 kW/año. Ahorros Estimados de Costos por Demanda = $4,612.43/año. Ahorros Estimados de Costos Totales = $25,267.00/año. Costos Estimados de Implementación = $17,650.98 Período Simple de Retorno = 1.05 años 6.1.1. Acción recomendada. Disminuir el consumo de energía eléctrica por alumbrado, al reemplazar las lámparas y balastros electromagnéticos que se usan actualmente en la empresa, por lámparas de alta eficiencia y balastros electrónicos, así como focos incandescentes por focos de alto rendimiento. Las lámparas eficientes emplean menos energía que las estándar con niveles comparables de iluminación, lo cual reduce la demanda y el consumo de electricidad. 6.1.2. Descripción y antecedentes. El uso de lámparas fluorescentes compactas de bajo consumo o alta eficiencia representan un ahorro energético de hasta el 80%, con respecto a los focos incandescentes, pues brindan el mismo nivel de iluminación con una demanda de potencia 5 veces menor. El uso de lámparas fluorescentes tipo T8 y balastros electrónicos o electromagnéticos de alta eficiencia, brindan diversos beneficios en comparación con equipos T12. Las lámparas fluorescentes T8 tienen una eficacia superior a los 80 lúmenes/watt nominal de lámpara, contra un máximo de 69 Lúmenes/watt nominal de lámparas fluorescentes T12 tipo Slimline. La vida útil de las lámparas fluorescentes tipo T8 se duplica en comparación con las lámparas fluorescentes T12. Los balastros electrónicos o electromecánicos de alta eficiencia brindan un ahorro de energía entre 25% a 40%, tienen un factor de potencia mayor al 90%, la vida útil es de 3 a 5 veces mayor y producen menos ruido. Las características de las lámparas, las especificaciones de sus componentes y los códigos usados para los cálculos se dan en cuadro 6.1. En la columna “potencia del gabinete” se mencionan los niveles de potencia que se emplean en los cálculos. En el cuadro 6.2 se enlistan los datos recopilados de las lámparas existentes durante la visita a las instalaciones de la empresa. El cuadro 6.3 resume las propuestas de reemplazo para las lamparas y balastros existentes por una combinación más eficiente. Los ahorros estimados de energía y los costos de dicha energía ahorrada, de un reemplazo de las lamparas y su balastro de un área dada se calculan con las ecuaciones 6.1 y 6.2.

1

)(C

HPGPPGANAE ZZZZZ

×−×= (6.1)

CAEZ = AEZ x costo promedio de la electricidad (6.2)

50

Donde: AEZ = Ahorros estimados de energía [=] kWh/año. CAEZ = Costos de la energía ahorrada [=] $/año. NZ = Número de gabinetes en la zona z, sin unidades. PGAZ = Nivel de potencia de los gabinetes actuales en la zona z [=] Watt. PGPZ = Nivel de potencia de los gabinetes propuestos en la zona z [=] Watt. HZ = Horas de operación de las lámparas en la zona z [=] h/año. C1 = Constante de conversión = 1,000 W/kW. Los ahorros por demanda y sus costos asociados, derivados del reemplazo de las lamparas con su respectivo balastro en la zona z, se calculan con las ecuaciones 6.3 y 6.4.

1

2)(C

CDUFCFPGPPGANAD ZZZZ

Z×××−×

= (6.3)

CADZ = ADZ x costo promedio de la demanda (6.4) Donde: ADZ = Ahorros por demanda [=] kW/año. CADZ = Costos del ahorro en la demanda [=] $/año. CFZ = Factor de coincidencia: probabilidad que un equipo contribuye al pico de la demanda mensual, sin unidades. DUF = Fracción del año que el equipo contribuye al pico de demanda, sin unidades. C2 = Constante de conversión, 12 meses/año. Los ahorros de energía y demanda calculados para los cambios propuestos se muestran en el cuadro 6.3. Los costos por energía, demanda y totales se dan en el cuadro 6.4.

52

Cuadro 6.1. Códigos y especificaciones de los gabinetes.

Código Balastro Lámpara

Lámparas por gabinete

Potencia lámparas

Watt

Diámetro lámparas

Balastros por

gabinete

Tipo de balastro

Potencia Gabinete

Watt

Lúmenes de salida

IRC Tiempo de vida horas

Costo total lámparas

Costo del balastro

Códigos posibles

reemplazo

1 2 39 T12 1Magnético arranque

instantaneo93.6 5,420 62 9,000 $35.00 $129.00 3

2 2 74 T12 1Magnético arranque

instantaneo180 11,410 62 12,000 $57.00 $139.00 4

3 2 32 T8 1 Electrónico 67.2 5,600 86 20,000 $53.00 $245.00 No4 2 59 T8 1 Electrónico 123.9 10,880 80 15,000 $156.00 $350.00 No5 1 75 Incand. No 75 1,100 100 1,000 $3.56 0 66 1 25 Ahorrador Integrado 25 1,250 80 10,000 $25.00 0 No

53

Cuadro 6.2. Lámparas y balastros existentes en las instalaciones.

ÁreaCódigo balastro lámpara

Número de

gabinetes

Potencia por gabinete

Watt

Potencia total Watt

Factor de coincidencia

por mes

Factor de uso de demanda

Demanda anual promedio kW/año

Tiempo anual de uso

hr/año

Uso total de energía kWh/año

ZONA LOficina 2 1 180.0 180.00 0.5 0.5 1.08 5,475 985.50ZONA MOficinas 1 15 93.6 1,404.00 0.5 0.5 8.42 1,825 2,562.30Oficinas 2 11 180.0 1,980.00 0.5 0.5 11.88 1,825 3,613.50Oficinas 5 10 75.0 750.00 0.5 0.5 4.50 1,825 1,368.75Oficinas 6 4 25.0 100.00 0.5 0.5 0.60 1,825 182.50Cámaras 1 36 93.6 3,369.60 0.5 1 20.22 5,475 18,448.56Cámaras 5 16 75.0 1,200.00 0.5 1 7.20 5,475 6,570.00ZONA NCámaras 1 14 93.6 1,310.40 0.5 1 7.86 5,475 7,174.44Cocina 1 11 93.6 1,029.60 0.5 0.5 6.18 1,825 1,879.02Oficinas 1 38 93.6 3,556.80 0.5 0.5 21.34 1,825 6,491.16Oficinas 2 2 180.0 360.00 0.5 0.5 2.16 1,825 657.00Zonabanda 2 5 180.0 900.00 0.5 0.5 5.40 5,475 4,927.50

163.00 16,140.40 96.84 54,860.23

54

Cuadro 6.3. Lámparas y balastros propuestos.

Área Código balastro lámpara

Número de gabinetes

Potencia por gabinete

Watt

Potencia total Watt

Demanda promedio anual

kW/año

Ahorro en demanda kW/año

Uso propuesto de energía kWh/año

Energía ahorrada kWh/año

ZONA LOficina 4 1 123.9 123.90 0.74 0.17 678.35 307.1475ZONA MOficinas 3 15 67.2 1,008.00 6.05 1.19 1,839.60 722.70Oficinas 4 11 123.9 1,362.90 8.18 1.85 2,487.29 1,126.21Oficinas 6 10 25.0 250.00 1.50 1.50 456.25 912.50Oficinas 6 4 25.0 100.00 0.60 0.00 182.50 0.00Cámaras 3 36 67.2 2,419.20 14.52 5.70 13,245.12 5,203.44Cámaras 6 16 25.0 400.00 2.40 4.80 2,190.00 4,380.00ZONA NCámaras 3 14 67.2 940.80 5.64 2.22 5,150.88 2,023.56Cocina 3 11 67.2 739.20 4.44 0.87 1,349.04 529.98Oficinas 3 38 67.2 2,553.60 15.32 3.01 4,660.32 1,830.84Oficinas 4 2 123.9 247.80 1.49 0.34 452.24 204.77Zonabanda 4 5 123.9 619.50 3.72 0.84 3,391.76 1,535.74

10,764.90 64.59 22.49 36,083.35 18,776.88

55

6.2.3. Costo de implementación. Para la ejecución de esta recomendación se incluyen los costos del equipo y de mano de obra. La inversión se calcula sobre los costos diferenciales entre las lámparas existentes y las propuestas, así como la existente entre los costos de los balastros. Los costos de mano de obra se estiman en $20. El monto de la inversión se calcula con la ecuación 6.5.

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−∗+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ∗= LCFCBACBPNBF

ELLPLLCEL-CPLNFInversión )( (6.5)

Donde: NF = Número de gabinetes por zona, sin unidades CPL = Costo de las lámparas propuestas por gabinete [=] $. CEL = Costo de las lámparas existentes por gabinete [=] $. PLL = Vida media de las lámparas propuestas [=] horas. ELL = Vida media de las lámparas existentes [=] horas. NBF = Número de balastros por gabinete, sin unidades CBP = Costo del balastro propuesto [=] $. CBA = Costo del balastro existente [=] $. LCF = Costo de mano de obra por gabinete [=] $. En cuadro 6.4 se muestra el resumen de los ahorros de costos de energía, de demanda y totales, el costo estimado de implementación y el periodo simple de retorno de la inversión para cada zona de la empresa. Los costos promedio por energía y demanda se calculan con las ecuaciones 6.6 y 6.7.

kWhtotalconsumokWhconsumoportotaloc

energíaladepromedioCosto$arg

= (6.6)

kWtotaldemandakWdemandaportotaloc

demandaladepromedioCosto$arg

= (6.7)

Los valores calculados para este estudio son: Costo promedio de la energía = $ 1.10 / kWh Costo promedio de la demanda = $ 205.12 / kW Del cuadro 6.4 el costo total estimado de implementación es de $17,650.98. Los ahorros en costos totales de $25,267.00/año pagarán los costos de implementación aproximadamente en 1.05 años.

56

Cuadro 6.4. Ahorros, costo y periodo de recuperación por la implementación.

Área Ahorro en

costos de demanda

$/año

Ahorro en costos de energía $/año

Ahorro en costos totales $/año

Costo diferencial lámparas

$

Costo diferencial de balastros

$

Costo de mano de

obra $

Costo total de implementación

$

Período simple de

recuperación años

ZONA L Oficina 34.52 337.876 372.38 76.75 211.00 20 307.75 0.826 ZONA M Oficinas 243.68 794.97 1,038.65 -491.67 $1,740.00 300 1,548.33 1.491 Oficinas 379.74 1,238.83 1,618.57 844.25 $2,321.00 220 3,385.25 2.092 Oficinas 307.68 1,003.75 1,311.43 -186.00 $0.00 200 14.00 0.011 Oficinas 0.00 0.00 0.00 0.00 $0.00 0 0.00 0.000 Cámaras 1,169.68 5,723.78 6,893.46 -1180.00 $4,176.00 720 3,716.00 0.539 Cámaras 984.58 4,818.00 5,802.58 -297.60 $0.00 320 22.40 0.004 ZONA N Cámaras 454.87 2,225.92 2,680.79 -458.89 $1,624.00 280 1,445.11 0.539 Cocina 178.70 582.98 761.68 -360.56 $1,276.00 220 1,135.44 1.491 Oficinas 617.33 2,013.92 2,631.25 -1245.56 $4,408.00 760 3,922.44 1.491 Oficinas 69.04 225.24 294.28 153.50 $422.00 40 615.50 2.092 Zonabanda 172.61 1,689.31 1,861.92 383.75 $1,055.00 100 1,538.75 0.826 TOTAL 4,612.43 20,654.57 25,267.00 2,762.02 17,233.00 3,180.00 17,650.98 1.05

57

AR 2.- Sustitución de las lámparas de aditivos metálicos por lámparas de vapor de sodio de alta presión.

Ahorro Estimado de Energía Eléctrica = 5,058.09 kWh/año Ahorro Estimado de Costos por Energía Eléctrica = 5,564.79 $/año Ahorro Estimado de Demanda = 2.77 kW/año Ahorro Estimado de Costo por Demanda = 568.59 $/año Ahorro Estimado de Costos Totales = 6,133.68 $/año Costos Estimados de Implementación = 2,982.00 $ Período Simple de Retorno = 0.49 años

6.3.1. Acción recomendada. Sustituir las lámparas existentes de aditivos metálicos en la sección L y zona de descarga por lámparas de vapor de sodio de alta presión de 360 W, con el fin de disminuir la demanda y el consumo de energía eléctrica. 6.3.2. Descripción y antecedentes. Las características de las lámparas, las especificaciones de sus componentes y los códigos usados, se resumen en el cuadro 6.5. En la columna “potencia del gabinete” se mencionan los niveles de potencia que se emplean en los cálculos. El cuadro 6.6 proporciona las características de los datos recopilados de las lámparas existentes durante la visita a las instalaciones. La Tabla 6.7 resume las propuestas de reemplazo para las lamparas y balastros existentes por una combinación más eficiente. Los ahorros estimados de energía y los costos de dicha energía ahorrada, de un reemplazo de las lamparas y su balastro en un área dada, se calculan con las ecuaciones 6.8 y 6.9.

1

)]()[(C

HxPGPNxPGANAE zzpzzaz

z

×−= (6.8)

CAEz = AEz x costo promedio de la electricidad (6.9) Donde: AEZ = Ahorros estimados de energía [=] kWh/año. CAEZ = Costos de la energía ahorrada [=] $/año. Naz = número de gabinetes actuales en la zona z, sin unidades Npz = número de gabinetes propuestos en la zona z, sin unidades PGAz = nivel de potencia de los gabinetes actuales en la zona z [=] Watt. PGPz = nivel de potencia de los gabinetes propuestos en la zona z [=] Watt. Hz = horas de operación de las lámparas en la zona z [=] h/año C1 = constante de conversión = 1,000 W/kW. Los ahorros por demanda y sus costos asociados, derivados del reemplazo de las lamparas con su respectivo balastro en cualquier zona z, se calculan con las ecuaciones 6.10 y 6.11

58

1

2)]()[(C

CDUFCFxPGPNxPGANAD zzpzzaz

z

×××−= (6.10)

CADz = ADz x costo promedio de la demanda (6.11) Donde: ADz = Ahorros por demanda [=] kW/año. CADz = Costos del ahorro en la demanda [=] $/año. CFz = Factor de coincidencia: probabilidad que un equipo contribuye al pico de la

demanda mensual, sin unidades. DUF = Fracción del año que el equipo contribuye al pico de demanda, sin unidades. C2 = Constante de conversión, 12 meses/año. Los ahorros de energía con la implemetación propuesta será de aproximadamente 5,058.90 kWh/año y los de demanda de alrededor de 2.77 kW/año. Un resumen de los calculos para los cambios propuestos se muestran en el cuadro 6.7. Los costos por energía, demanda y totales se dan en el cuadro 6.8.

59

Cuadro 6.5. Códigos y especificaciones de las lámparas y balastros.

Cuadro 6.6. Lámparas y balastros de aditivos metálicos existentes.

Código Lámparas Potencia Balastros Tipo de Potencia Lúmenes IRC Tiempo Costo Costo del Códigobalastro lámpara

por gabinete lámparas Watt

por gabinete

lámpara Gabinete Watt

de salida de vida hrs

total lámpara $

balastro $ posibles reemplazo

7 1 400 1 MH 440 35,000 65 15,000 190.00 273 88 1 360 1 HPS 396 45,000 25 24,000 240.00 479 No

Código Número Potencia Potencia Factor Factor Demanda Tiempo Usobalastro de por total de de uso de anual anual de total delámpara gabinetes gabinete Watt coincidencia demanda promedio uso energía

Watt por mes kW/año h/año kWh/añoZONA LBodega de abarrotes 7 16 440 7,040 0.5 0.5 42.24 5,475 38,544.00ZONA MZona de banda 7 2 440 880 0.5 0.5 5.28 5,475 4,818.00ZONA NCarga y descarga 7 3 440 1,320 0.5 0.5 7.92 5,475 7,227.00TOTAL 21 9,240 55.44 50,589.00

Área

60

Cuadro 6.7. Lámparas y balastros de vapor de sodio propuestos.

Código Número Potencia Potencia Demanda Ahorro Uso Energíabalastro de por total anual en la propuesto ahorradalámpara gabinetes gabinete Watt promedio demanda de energía kWh/año

Watt kW/año kW/año kWh/añoZONA LBodega de abarrotes 8 16 396.00 6,336.00 38.02 2.11 34,689.60 3,854.40ZONA MZona de banda 8 2 396.00 792.00 4.75 0.26 4,336.20 481.80ZONA NCarga y descarga 8 3 396.00 1,188.00 7.13 0.40 6,504.30 722.70TOTAL 8,316.00 49.90 2.77 45,530.10 5,058.90

Área

61

6.3.3. Costos de implementación. Los costos de implementación de esta recomendación incluyen las lámparas y balastros, estos se pueden calcular con la ecuación 6.5. En el cuadro 6.8 se muestra el resumen del ahorro en costos de energía, demanda y totales, así como el costo estimado de implementación para cada área. Los costos promedio por energía y demanda se calculan con las ecuaciones 6.6 y 6.7. Costo promedio de la energía = $ 1.10 / kWh Costo promedio de la demanda = $ 205.12 / kW

Cuadro 6.8. Ahorros, costos y periodo simple de recuperación.

Del cuadro 6.8 el costo total estimado de implementación es de $2,982.00. Los ahorros en costos totales de $6,133.38/año pagarán los costos de implementación en aproximadamente 0.49 años (6 meses).

Ahorro en Ahorro en Ahorro en Costo Período costos de costos de costos total de simple de demanda energía totales implementacion recuperación

$/año $/año $/año $ añosZONA LBodega de abarrotes 433.21 4,239.84 4673.05 2,272.00 0.49ZONA MZona de banda 54.15 529.98 584.13 284.00 0.49ZONA NCarga y descarga 81.23 794.97 876.20 426.00 0.49TOTAL 568.59 5,564.79 6,133.38 2,982.00 0.49

Área

62

AR 3.- Realiza un cambio de tarifa a O-M. Ahorros Estimados de Costos por Energía Eléctrica = $ 92,796.83/año. Ahorros Estimados de Costos por Demanda = $ 52,771.33/año. Ahorros Estimados de Costos Totales = $ 145,568.16/año. Costos Estimados de Implementación = $ 151,024.12 Período Simple de Retorno = 1.04 años 6.3.1. Acción recomendada. En virtud de los posibles ahorros en la demanda al implementar las recomendaciones anteriores se tendrá una disminución en la carga instalada suficiente para disminuir el pico de demanda máxima por debajo de los 100 kW (cuadro 5.3, C. F. 10). De esta manera una posible acción para disminuir el costo por concepto de energía consiste en cambiar a tarifa O-M, lo que implicaría comprar la energía en media tensión, recibirla en una subestación propia y de ahí disminuir la tensión a las condiciones actualmente en uso. A continuación se analiza la viabilidad técnico-económica de la recomendación. 6.3.2. Descripción. La tarifa O-M se aplica a los servicios que destinen la energía a cualquier uso, suministrados en media tensión (1-35 kV), con una demanda menor a 100 kW. La demanda contratada la fijará inicialmente el usuario; su valor no será menor del 60% de la carga total conectada, ni menor de 10 kilowatts o la capacidad del mayor motor o aparato instalado. En el caso de que el 60% de la carga total conectada exceda la capacidad de la subestación del usuario, sólo se tomará como demanda contratada la capacidad de dicha subestación a un factor de 90%. Los cargos que se aplican para esta tarifa son los siguientes: Cargo por energía consumida. Se refiere a la energía eléctrica empleada en el período de facturación (aproximadamente 1 mes). Se mide en kWh. La tarifa se modifica cada mes (Cuadro 6.9). Cargo por demanda máxima. Se considera como demanda máxima, aquella demanda de energía sostenida durante un intervalo de tiempo de 15 minutos, durante el período de facturación. Se mide en kW. Cualquier fracción de kilowatt de demanda máxima medida se toma como un kilowatt completo (Cuadro 6.9). Cuando la Demanda Máxima Medida exceda de 100 kilowatts, el usuario deberá solicitar al suministrador su incorporación a la tarifa H-M. De no hacerlo, al tercer mes consecutivo en que exceda la demanda de 100 kilowatts, será reclasificado por el suministrador en la tarifa H-M, notificándole al usuario. Deposito de garantía. Dos veces el importe que resulte de aplicar el cargo por demanda máxima medida a la demandada contratada. Para esto se multiplica la demanda contratada por el factor correspondiente y se redondea a la unidad de pesos inmediata superior.

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Los costos por la demanda máxima medida y por la energía consumida se aplican de acuerdo con la zona en que se encuentra la empresa (región central). Para el año en estudio los costos antes mencionados se muestran en el cuadro 6.9.

Cuadro 6.9. Costo de la Tarifa eléctrica O-M, aplicable en 2004-2005.

Año Mes $/kW $/kWh 2004 Noviembre 102.36 0.764 2004 Diciembre 105.11 0.785 2005 Enero 107.88 0.806 2005 Febrero 104.41 0.780 2005 Marzo 103.37 0.772 2005 Abril 101.21 0.756 2005 Mayo 102.38 0.765 2005 Junio 104.04 0.777 2005 Julio 106.01 0.792 2005 Agosto 108.22 0.808 2005 Septiembre 108.75 0.812 2005 Octubre 110.09 0.822 2005 Noviembre 113.16 0.845 2005 Diciembre 118.80 0.887

6.3.3. Análisis de ahorros. El análisis que se debe realizar para obtener los precios de consumo y demanda es similar a los que se realizan en la tarifa 3. Con este cambio de tarifa se podría percibir un ahorro de alrededor de 100,000 $/año en el consumo de energía eléctrica y de 50,000 $/año en la demanda. Los datos calculados se muestran en el cuadro 6.10.

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Cuadro 6.10. Ahorros obtenidos al cambiar a la tarifa O-M

Periodo

Días primer mes

Días segundo mes

Días totales

Consumo

Demanda

Ahorro por consumo

Ahorro por demanda

Ciclo Inicio Final $ $ $ $ 1 18-Nov-04 19-Ene-05 12 19 31 26,172.21 9,335.66 10,085.66 6,024.91 2 19-Ene-05 17-Feb-05 12 17 29 13,142.41 5,047.29 5,059.36 3,258.31 3 17-Feb-05 4 17-Mar-05 5 17-Mar-05 19-Abr-05 14 19 33 13,501.35 5,317.58 5,342.72 3,496.81 6 19-Abr-05 17-Jun-05 11 17 59 30,180.45 13,097.46 11,804.00 8,545.81 7 17-Jun-05 19-Jul-05 13 19 32 16,126.80 5,392.84 6,098.93 3,432.64 8 19-Jul-05 17-Ago-05 12 17 29 13,078.51 4,818.36 4,811.59 3,004.55 9 17-Ago-05 19-Sep-05 14 19 33 32,720.04 5,416.43 11,825.22 3,332.53 10 19-Sep-05 19-Oct-05 11 19 30 36,235.80 11,701.10 12,845.63 7,100.53 11 19-Oct-05 18-Nov-05 12 18 30 40,770.32 11,935.24 14,097.42 7,113.01 12 18-Nov-05 20-Dic-05 12 20 32 32,358.23 12,800.46 10,826.31 7,462.22 Total 254,286.10 84,862.41 92,796.83 52,771.33

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6.3.4. Costos de implementación. Para contratar este servicio por lo general se requiere la construcción de obras importantes, dando lugar a trámites, trabajos y obligaciones por parte de la empresa que solicita el servicio, los cuales están contemplados en el Procedimiento de Construcción de Obras Específicas (PROCOE). Además, Luz y Fuerza del Centro (LFC), de acuerdo con el análisis que realice de la solicitud, dictaminará si existe o no impedimento técnico que la imposibilite para suministrar el servicio. En caso de que no exista impedimento técnico, LFC podría requerir información complementaria para elaborar el proyecto adecuado a lo solicitado, que permita proyectar las obras necesarias y posteriormente su construcción. Para establecer los KVA requeridos en el transformador se utiliza el triángulo de potencias (Figura 5.1). De esta manera, los KVA necesarios se establecen mediante el producto de los kW y el factor de potencia máximos en el periodo de facturación (cuadro 5.3). KVA = kW * F.P. = 109 * 0.95 = 103.5 kVA. Una medida comunmente utilizada es la de aumentar en un 35% la capacidad del transformador debido a que en un futuro podría haber un posible aumento en la cantidad de equipo electrico instalado en la empresa, por lo tanto, se precisará un transformador de 140 kVA. Comercialmente no es común encontrar transformadores de ésta capacidad a menos que sean fabricados especialmente así que se deberá optar por uno con la capacidad más próxima a la requerida, en este caso será de 150 kVA. Otro factor que se debe tomar en cuenta es el referente al tramite ha realizar en Luz y Fuerza del Centro para efectuar el cambio tarifario. El costo de este trámite no se anexa ya que dependen de diversos factores de infraestructura como lo son: el plano de la planta del predio o inmueble, el plano de la subestación, la ubicación del equipo de medición, entre otros. En el cuadro 6.11 se muestra el equipo necesario para implementar la recomendación propuesta.

Cuadro 6.11. Equipo necesario para la implementación. Cantidad Descripción Precio Unitario Total

MN MN Transformador trifásico seco clase ¨AA¨ para tensiones de 660 volts o menores con relación de transformación

1 440/220-254 VCA con aislamientos clase B, 3 Fases, 114,200.00 114,200.00 4 hilos en gabinete tipo NEMA 1 modelo TTS JF-18 marca TM2000.

120 Metros de cable calibre 2/0 AWG, THW, marca Condumex 100.77 12,092.60 40 Metros de cable desnudo calibre 4 AWG 28.95 1158 15 Tramos de tubo pared grueso de 2.0 plg de diámetro 175.23 2,628.45 6 Condulet LB con tapa de neopreno de 2.0 pulgadas. 85.46 512.76 3 Condulet LR con tapa de neopreno de 2.0 pulgadas. 85.46 256.38 3 Condulet T con tapa de neopreno de 2.0 pulgadas. 85.46 256.38

1

Interruptor termomagnético en caja moldeada de 250 amperes marca SQD capacidad interruptiva normal. KAL36225 7,123.12 7,123.12

1

Gabinete tipo NEMA 1 para ITM de 250 Amperes marca SQD K225SMX 1,147.49 1,147.49

1 Lote de Misceláneos 1,000.00 1,000.00

1 Mano de obra para la correcta instalación y puesta en marcha del sistema 8,000.00 8,000.00

148,375.18

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Del cuadro 6.11, el costo total estimado de implementación sin tomar en cuenta el costo del tramite en LFC es de aproximadamente $148,375.18. Los ahorros totales de consumo y demanda de $145,568.16/año (cuadro 6.10), pagarán los costos de implementación aproximadamente en 1.02 años.

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Ambriz García, Juan José. México, D.F. Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa, 1993.

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