CALCULO DE LA POTENCIA FRIGORIFICA
NECESARIA PARA LA REFRIGERACION DE CANALES

Al revisar el funcionamiento de los antiguos establecimientos frigoríficos que servían para refrigerar las canales, se aprecia que con frecuencia la temperatura deseada del aire para el tiempo total del tratamiento sólo se alcanzaba hacia el final del proceso de refrigeración. En tales casos duraba la operación del refrigerado más tiempo del previsto y la potencia alcanzada quedaba por debajo de lo planeado. Entonces e registraban valores anormalmente elevados de energía consumida. También las pérdidas de peso eran superiores a las previstas, puesto que la temperatura superficial de la carne no disminuía en la cuantía necesaria y la cantidad de agua evaporada aumentaba en función del tiempo más prolongado.

La causa principal del inconveniente funcionamiento de estos establecimientos frigoríficos podía explicarse como sigue:

En los cálculos antiguos de la potencia frigorífica de estas instalaciones se partía de la cantidad de calor que había que sustraer a la carne, que se determinaba a partir del peso de ésta, del calor específico, y de la diferencia térmica existente entre el estado inicial y el deseado estado final:

A esta cantidad de calor había que añadir el calor irradiado en la nave durante el tiempo asignado al proceso de refrigeración, incluida la pérdida por la conducción de cañerías y por condensación de la humedad ambiental sobre los tubos del refrigerador del aire, etc., así como el equivalente calórico del funcionamiento del ventilador.

La cantidad de calor total a sustraer por la instalación frigorífica se dividía por último por el tiempo de refrigeración deseado.

A partir del anterior cálculo del refrigerador del aire resultaba entonces para la deseada temperatura de éste una determinada temperatura de evaporación del producto refrigerante, con el cual la instalación compresora debía sustraer la cantidad de calor.

En esta manera de calcular se admitía por tanto que la potencia de la instalación por unidad de tiempo permanecía invariable durante todo el proceso de refrigeración. Pero esto no corresponde a la realidad, puesto que al menos la cantidad de calor cedida por la carne no es constante por unidad de tiempo. De aquí que la potencia de la instalación frigorífica calculada en la forma descrita no resultase suficiente para sustraer la cantidad de calor requerida a la temperatura de evaporación del refrigerante correspondiente a la deseada del aire. La temperatura de evaporación y con ella la temperatura del aire van aumentando progresivamente hasta que se establece un equilibrio entre el calor cedido por la carne y el calor expulsado por la instalación compresora. Con esta alta temperatura del aire, entonces por una parte, como consecuencia de la menor diferencia de temperatura, es menor la cesión de calor por la carne, así como el calor perdido, y por otra parte aumenta la potencia frigorífica de la instalación con superior temperatura de evaporación.

Si en un establecimiento de refrigeración rápida se ve trabajar por razones económicas con una temperatura del aire refrigerante aproximadamente invariable, por ejemplo a 0º C, la instalación frigorífica tiene que ser capaz de absorber la cima térmica en la primera fase de la refrigeración.

Para explicar la cuestión sobre cómo discurre cronológicamente la cesión de calor por la canal durante el proceso de refrigeración, se han tenido en consideración varias experiencias realizadas en condiciones prácticas.

Sin embargo, debido a no permanecer invariable la deseada temperatura del aire refrigerado, se registraron aquí tiempos de refrigeración demasiado prolongados, que no conducían a ningún resultado aprovechable. De aquí que fuera necesario determinar con ayuda de procedimientos teóricos la cesión de calor por la canal en la unidad de tiempo.

El tiempo de refrigeración de una media canal se rige por la temperatura alcanzada en el núcleo de la porción más gruesa de aquélla (jamón o muslo); antaño se estimaba a estos efectos el valor de 3º C.

Para simplificar el cálculo debe estimarse, sin embargo, que la temperatura de 3º C constituye la temperatura media de esta porción de la canal. El cálculo del tiempo de refrigeración de este cuerpo irregular puede reducirse al de una placa, cuando la diferencia de tiempo entre el jamón y la placa de carne, que tiene unas dimensiones correspondientes al máximo grosor del jamón, se corrige con un factor de forma. Este factor era determinado experimentalmente para medias canales de cerdos y bóvidos.

Para calcular el curso de la temperatura en el jamón o en el muslo durante el proceso de refrigeración o la cesión de calor por unidad de tiempo de estas porciones corporales, antiguamente se dividía el exponente Ez por un factor de forma, F. Este factor F valía en los jamones de la clase carnicera B hasta 0.758, y en los muslos de bóvido de la clase C hasta 0.742.

La descarga de calor a partir de una canal se calculó como ejemplo en una media canal porcina de la clase B con un peso de sacrificio del cerdo de 100kg. Con este peso, máximo grosor del jamón era de 17.8 cm, de acuerdo con una relación determinada experimentalmente. El tiempo de refrigeración de esta media canal porcina era de 11.5 h con una temperatura del aire de 0º C y una velocidad de éste de 2m s-1, cuando la temperatura media de la carne del jamón desciende desde 30º a 3º C. Todas las demás partes corporales son menos gruesas que los jamones. Por ello se enfrían con más rapidez, y con ello ceden en un tiempo más corto su calor al aire refrigerante. En las primeras horas del proceso de refrigeración es por consiguiente el porcentaje de cesión calórica de la totalidad de la media canal mayor que el que se calcula simplemente a partir de sumarse por tanto las cantidades de calor cedidas por las diversas partes corporales por unidad de tiempo.

Para calcular estas cantidades independientes de calor, se recurre a las fracciones que suponen las distintas regiones corporales con respecto al peso total de la canal (Tabla 1). Los grosores del jamón, costillar, espalda, y panceta se obtuvieron a partir de las curvas de los valores medios determinadas para un peso de canal de 100 kg y de los grosores de las demás regiones corporales no se estimaron.

El factor de forma sólo fue tomado en consideración en el cálculo de cesión calórica del jamón. Por tanto se aceptó que las otras porciones corporales se aproximan más a la forma de las placas. Además se contó para los jamones con un coeficiente de transmisión de calor entre la superficie de la carne y el aire que correspondía a una velocidad de 2m s-1. En cambio, para las demás porciones de carne se elegía una velocidad media del aire de 1 m s-1 , puesto que estas porciones corporales coinciden en parte con el hueco de las cavidades corporales, en las que existe un movimiento del aire bastante menor.

Con estos supuestos debía ensayarse determinar aproximadamente las relaciones reales. Los valores numéricos de las magnitudes físicas de la carne se eligieron de acuerdo con las normas expuestas.

De esta manera se realizó el cálculo para espacios de tiempo de 1 h. se tuvo en cuenta que las partes mas delgadas de la carne se enfriaban por debajo de 3º C durante el tiempo en que los jamones alcanzaban la temperatura media prevista de 3º C. Esta cantidad adicional de calor se halla por tanto contenida en el calor de la carne cedido en total por ésta a lo largo del proceso.

Los resultados de los cálculos se reúnen en la Tabla 2 y se expresan gráficamente en la figura 1. En la curva se indica el calor cedido por hora durante el proceso, de refrigeración de la carne en relación con el calor de ésta en los plazos que se expresan.

La cantidad de calor cedida por las medias canales por hora asciende por tanto en este ejemplo durante la primera hora a un 35.40 %, y en la última media hora a un 0.42% del calor total de la carne. En las primeras cuatro horas la carne ha cedido ya, por tanto, más del 78% de su calor.

El curso seguido por el calor de la carne de acuerdo con el tiempo puede utilizarse para calcular la potencia frigorífica de la instalación compresora. Para ello debe conocerse también, sin embargo, la relación existente entre el calor de la carne y el calor de pérdida, que es distinto de uno a otro caso; depende de las particularidades de construcción y de la disposición de los ventiladores.

Con una relación por ejemplo del 65% de calor de la carne al 35% de calor de pérdida (incluido el calor de los ventiladores) se calculó que durante todo el proceso permanecería constante en:

El calor sustraído por hora a la carne multiplicado por el factor de 0.65 (tabla 2)se añadía al calor de pérdida constante. En este ejemplo, la potencia frigorífica disminuía desde el 26.04% en la primera hora al 3.31% en la última media hora. En las primeras cuatro horas debe proporcionar la instalación compresora más del 63% de la totalidad de la potencia frigorífica.

Se efectuaron los cálculos en otro ejemplo con la relación del 50% de calor de la carne y el 50% del calor de pérdida. Aquí, el calor de pérdida por hora (incluido el calor de los ventiladores) era de:

Al cual había que sumar el 50% de los valores citados en la tabla 2. La potencia frigorífica disminuye aquí desde 22.05% h -1 a 4.76 % h -1 . Para las primeras cuatro horas se calcula que el calor total sustraído por la instalación frigorífica era de ~ 56.7% (ver la curva 3 de la figura 1).

Los resultados del cálculo indican, por tanto indudablemente que es equivocado calcular la potencia frigorífica de una instalación de refrigeración de acuerdo con el método descrito al principio. Más bien es preciso acomodar el rendimiento de la instalación compresora a la cantidad de calor que hay que sustraer por unidad de tiempo.

De los resultados puede deducirse que, bajo un punto de vista económico, es inconveniente trabajar durante el proceso de refrigeración con la totalidad del rendimiento de ventilación, ya que al final de las cuatro horas ya se ha sustraído más del 78% del calor de la carne, mientras que para el % restante se necesitan todavía 7.5 horas.

Las elevadas de energía de los ventiladores durante este tiempo no están de acuerdo con el calor que todavía hay que sustraer. Este inconveniente del procedimiento de refrigeración rápida se soslaya con la refrigeración rápida interrumpida. En este método se realiza un enfriamiento intensivo de 2 horas de las medias canales con temperaturas del aire de -8º C y superior movimiento del aire. Tras esto se sustrae el calor residual en un depósito con ambiente refrigerado a 0º C y escaso movimiento del aire.

Con objeto de calcular el rendimiento de los compresores para la refrigeración rápida interrumpida debe evaluarse también la cantidad de calor sustraída de la carne durante la refrigeración intensiva de 2 horas. Las condiciones exteriores son en este ejemplo en lo referente a temperatura del aire, que se estima en -8º C, las mismas ya citadas.

En el cálculo de las cantidades de calor de las distintas partes de la canal se tuvo también en cuenta que, especialmente las partes delgadas, se enfrían por debajo de los 3º C. Sin embargo, no se determinó el calor que debe sustraerse en la congelación de algunas capas periféricas.

La cantidad de calor calculada para el enfriamiento intensivo de 2 horas se fija en relación con el calor total de la carne, que se deduce de la refrigeración de las medias canales desde 30º a 3º C. De este calor total de la carne, se sustrae en la primera hora el 47.6% y en la segunda hora del 28.1 %, es decir, un total del 75.7% en el enfriamiento intensivo de 2 horas de duración. Para la misma cantidad de calor hacen falta en la refrigeración rápida normal casi 4 horas. De aquí se desprende que conveniente es reducir la temperatura del aire enfriado.

Con ayuda de los porcentajes calculados puede el constructor evaluar el rendimiento de los compresores para el enfriamiento intensivo de 2 horas de duración, cuando al calor de la carne se adicionan las pérdidas de calor, incluido el calor cedido por los ventiladores. Este calor de pérdida, como ya se ha mencionado, debe determinarse de acuerdo con las particularidades de construcción imperantes en cada caso.