OPOSGRATISOPOSGRATISMetodologia didàctica en determinació del balanç energètic
L'anàlisi del balanç energètic en una instal·lació frigorífica és fonamental per al seu disseny, optimització i operació eficient. El principi bàsic es basa en la primera llei de la termodinàmica: l'energia no es crea ni es destrueix, només es transforma.
En un sistema frigorífic, l'energia elèctrica consumida pel compressor s'utilitza per moure la calor d'un espai refrigerat (baixa temperatura) a un ambient exterior (alta temperatura).
Els components clau a analitzar són:
La càrrega tèrmica total (Q_total) és la suma de tota la calor que ha de ser eliminada de l'espai refrigerat per unitat de temps per mantenir la temperatura desitjada. Es mesura en Watts (W) o Kilowatts (kW).
```
Q_total = Q_transmissió + Q_producte + Q_renovació + Q_infiltració + Q_serveis
```
És la calor que penetra a través de les parets, sostre i terra de la cambra frigorífica des de l'exterior.
Fórmula:
```
Q_transmissió = U × A × ΔT
```
On:
Càlcul del coeficient U:
Per a una paret composta per diverses capes:
```
U = 1 / (R_si + R_1 + R_2 + ... + R_n + R_se)
```
On:
Valors típics de conductivitat tèrmica:
| Material | λ (W/m·K) |
|---|---|
| Poliuretà (PUR) | 0.022-0.028 |
| Poliestirè extruït (XPS) | 0.030-0.040 |
| Llana de roca | 0.035-0.045 |
| Acer | 50 |
| Alumini | 200 |
És la calor que s'ha d'extreure del producte emmagatzemat per portar-lo a la temperatura de conservació. Es descompon en tres parts:
1. Calor de refredament sobre el punt de congelació:
```
Q_p1 = m × c_p_sobre × (T_inicial - T_congelació)
```
2. Calor latent de congelació (si aplica):
```
Q_p2 = m × h_latent
```
3. Calor de refredament sota el punt de congelació:
```
Q_p3 = m × c_p_sota × (T_congelació - T_final)
```
On:
Propietats tèrmiques de productes comuns:
| Producte | c_p sobre (kJ/kg·K) | c_p sota (kJ/kg·K) | h_latent (kJ/kg) | T_congelació (°C) |
|---|---|---|---|---|
| Peix magre | 3.6 | 1.9 | 276 | -2.2 |
| Peix gras | 2.9 | 1.7 | 220 | -2.2 |
| Carn de vedella | 3.2 | 1.7 | 225 | -1.7 |
| Pollastre | 3.3 | 1.6 | 247 | -2.8 |
És la calor introduïda per l'aire exterior que entra per ventilació.
Fórmula:
```
Q_renovació = V_aire × ρ_aire × (h_exterior - h_interior)
```
On:
És la calor que entra per l'obertura de portes. Factors que influeixen:
Estimació simplificada:
```
Q_infiltració = K × A_porta × n_obertures × t_obertura × ΔT
```
Motors de ventiladors:
```
Q_ventiladors = P_elèctrica × n_ventiladors
```
Tota la potència elèctrica dels ventiladors es converteix en calor.
Il·luminació:
```
Q_il·luminació = P_làmpades × factor_ús
```
Valors típics: 10-15 W/m² en cambres frigorífiques
Persones:
| Temperatura cambra | Calor emesa per persona (W) |
|---|---|
| +10°C | 180 |
| 0°C | 210 |
| -10°C | 270 |
| -20°C | 360 |
La potència frigorífica (Q₀) és la capacitat del sistema per extreure calor de l'espai refrigerat per unitat de temps.
```
Q₀ = Q_total × factor_seguretat
```
Factor de seguretat típic: 1.1 a 1.2 (10-20% de marge)
No tots els sistemes funcionen contínuament. Cal considerar:
```
Q₀_disseny = Q_total_24h / hores_funcionament
```
El COP indica l'eficiència del cicle frigorífic:
```
COP = Q₀ / W_compressor
```
On:
El màxim COP teòricament possible:
```
COP_Carnot = T_evaporació / (T_condensació - T_evaporació)
```
Les temperatures han d'estar en Kelvin (K = °C + 273.15)
Exemple:
El COP real és sempre inferior al de Carnot degut a:
Eficiència del cicle real respecte a Carnot: 40-60%
```
W_compressor = Q₀ / COP
```
```
W_total = W_compressor + W_auxiliars
```
```
E_anual (kWh) = W_total × hores_funcionament_anuals
```
Criteri econòmic: equilibri entre cost d'aïllament i cost de pèrdues tèrmiques
Espessors típics (poliuretà):
| Temperatura cambra | Espessor (mm) |
|---|---|
| +4°C a +10°C | 60-80 |
| 0°C a +4°C | 80-100 |
| -18°C a -25°C | 120-150 |
| -30°C a -40°C | 150-200 |
Necessària per evitar la condensació d'humitat dins l'aïllament:
Punts febles a evitar:
A nivell de disseny:
A nivell operatiu: