Este documento presenta cálculos para determinar los parámetros de diseño de un sistema de refrigeración por enfriamiento de agua de mar (CSW). Incluye cálculos para determinar la potencia del motor, el rendimiento eléctrico, el flujo de refrigerante, la potencia requerida para enfriar el agua, y el caudal y presión del aire en el evaporador. El objetivo final es dimensionar adecuadamente el sistema CSW para satisfacer las necesidades de enfriamiento de los estanques de pescado.

1. 3.4. Calculo del Flujo Másico del Refrigerante
3.4.1 Calculo de la potencia que el motor eléctrico toma
de la red, con los valores de la placa.
P = 3 * V * I * cos = 3 * 440v * 136A* 0.83 = 86 kW
• Potencia de placa, que es la potencia útil del eje.
P = 75Kw
3.4.2. Calculo del rendimiento eléctrico del motor.
Si definimos el rendimiento eléctrico como:
Potencia de Placa 75kW
η= * 100 = * 100 = 87%
Potencia segun Linea 86kW
Este valor es el mejor rendimiento del motor según datos de la placa
(fabricante) y datos de medición en terreno.
3.4.3. Calculo de la Potencia útil real en el eje del
motor.
W eje motor = W electrica * η electrico
W eje motor = 75 kW * 0.9 = 67.5 kW
3.4.4. Calculo de potencia en el eje del compresor
W eje Comp. = W eje motor * η transmisión (Acoplamiénto directo)
W eje Comp. = 67.5 kW * 1 = 67.5 kW

2. 3.4.5. Calculo de la potencia del Gas.
W gas = W eje * η mecanico (Estimado)
W gas = 67.5 kW * 0.8 = 54 kW
3.4.6. Calculo del Exponente Politropico.
- In ( pd / pa)
n =
In (td / ta) - In ( pd / pa)
- In ( 0.7 / 0.22)
n =
In (335.0/256.4) - In (0.7/0.22)
n = 1.3
3.4.7. Calculo del Exponente Politropico (k)
k = Cp / Cv
k anoniaco = 1.304 (Tabla A1 Propiedades de los gases a baja Presion Termdinamica, FAIRES)
Lo ideal es que n, sea menor que K, así el refrigerante en el compresor
rechaza calor. En nuestro caso n es igual que k, por lo tanto el refrigerante
en el compresor no absorbe ni rechaza calor. Apreciando el estado de
entrada y de salida del compresor en el diagrama Presión / entalpía
incluido, se observa que la compresión es aproximadamente Isentrópica.
3.4.8. Calculo del Volumen Realmente aspirado.
W gas = n / (n - 1) * PI * VI ((pd / pa) (n - I/n) - I)
W gas = 54 kW
PI = 22501 kg/m2
VI = m3/min

3. Nota: La unidad de medida resultante de la ecuación 1, es kg/min,
para transformarla a Kw., se multiplica por la constante 1.636556/10 -4
54 = (4.3334) * 22501 * (VI / 60) * (0.306176921)
Se tiene, entonces:
VI = 663.15 m3 / h (Este es el volumen realmente aspirado, en las
condiciones que tenemos)
3.4.9. Calculo del Flujo Refrigerante.
[ ]
m r =VI / ve = 663.15 [m3/h ] / 0.56673 m3/kg ⇒ m r = 1170.14 kg/h
Este valor corresponde al flujo masico de refrigerante para el
compresor.
3.5. Calculo de COP
Balance de Masas y Energías en el separador de Líquido Vapor.
m A * h4 Separador de m A * hl
Liquido -Vapor
m B* h G m A = 1170.14 kg/h
m B * h5

4. mA * h4 + mB * hG = mB * h5 + mA * hl
[1170.14* 390.54 ] + [mB *1567.88 ] = [mB * 249.15 ] + [1170.14* 1567.88 ]
456986.4756 + 1567.88 mB = 249.15 mB + 1834639.10
1318.72 mB = 1377652.62
mB = 1044.69 kg/h
Potencia = 1044.69 * 1318.725 = 1377658.82 = 382.68 kw
3600
Q abs mB ( h6 - h5)
COP = =
Nc mA (h2 - h1)
382.68
COP = = 6.84.
55.94
3.6. Calculo de Flujo de Calor que se debe Absorber del agua
en los estanques.
De acuerdo a los conceptos de diseño, se debe considerar una unidad
CSW con potencia necesaria para enfriar el estanque aproximadamente con
1/3 de agua de mar desde la temperatura de 14 °C, hasta la temperatura de
mantenimiento del pescado (-1 °C), en un tiempo no mayor a 7 horas,
dependiendo del tipo de pescado y su tamaño, se considerara para el calculo
8 hrs.
Tomando para efectos de calculo el estanque que nos demandaría una
mayor potencia, de acuerdo a su volumen (principalmente) y a sus perdidas,
si es que estas fueran considerables (estanque 3.2).

5. Datos:
V : 116 m3 C agua de mar : 1.023 kcal/kg °C
t : 6h C agua de mar : 0.001 m3/kg
ΔT : ( 14°C - ( - 1°C ) ) = 15°C
V 116 m3
m = =
v 0.001 m3/kg
m = 116000 kg
Q = m * C agua * ΔT
kcal * °C
Q = 116000 * 1.023 * 15 ⇒ kg *
kg °C
Q= 1780020 Kcal. (Calor requerido por el agua de mar)
Q requerido = Qs agua + Q1 agua + Q perdidas
Qs = calor sensible
Ql = calor latente
Como las Q perdidas no superan las 300 Kcal., se pueden despreciar y el
Q1 agua es cero (0)
Q requerido
P requerida =
t
1780020 kcal
P requerida =
6 h
kcal
P requerida = 296670 (Potencia requerida para enfriar el volumen de agua
h
en 6 hrs.)
Para transformar la unidad obtenida a Kw se divide por el coeficiente
859.85.
P requerida = 345.0 kW

6. Siendo la potencia disponible de 382.68 kW se tiene que:
100% 382.68 kW
= = 90%
x 345 kW
Se obtiene que la Potencia requerida es igual a un 90% de la potencia
total, satisfaciéndose así las condiciones de enfriamiento necesarias en el
tiempo requerido.
Se puede construir a través de este análisis un grafico de tiempo de
Enfriamiento v/s volumen de los estanques, para las diferentes ΔT que se
requieran, como por ejemplo cuando se trabaja en aguas de mar calidas o
frías (Fig. 3.6)
3.7. Tiempos de enfriamiento para el sistema CSW.
Considerando una ecuación de la recta para cada ΔT que se
requiera, se puede tener que:
m * c * ΔT
Q = donde Q = Potencia en kcal/h
c
m = Masa en kg
c = Calor especifico en Kcal/kg °C
ΔT = Diferencia de Temperatura
t = Tiempo de enfriamiento
Sabiendo que cada ΔT tiene una ecuación de la recta, se puede
construir un grafico Volumen v/s Tiempo de enfriamiento en donde se
representen rectas para los ΔT mas característicos del sistema.
m * c * ΔT
v = Volumen en m3 = v = 0.001 m3/kg
t

7. ( V / v ) * cp * ΔT
Q = cp = 1.023 kcal/kg °C
t
( V / v) * cp * ΔT
345 * 859.85 =
t
ΔT = { 4.6.8.10.12.14.16.18.20 } °C
V * Δt
t = Ecuacion a graficar
290
Fig. 3.6. Tiempos de Enfriamiento del Agua (CSW)

9. 3.8. Calculo de la Masa de Aire que entra en el Soplador
(Evaporador)
Q aire = Q amoniaco = Q agua
Q aire = M aire seco = Δh aire
Q aire = 296670 [ kcal/h ]
Δh aire = h1 - h2 [ kcla/kg ]
m aire = [ kg aire / h ]°
Mediante la carta sicrometrica podemos obtener las entalpías del aire
con las siguientes condiciones (ver anexo A)
El aire que entra en el soplador esta inicialmente a una temperatura
de 14°C y una humedad especifica (0) de 75%. A la salida del soplador el
aire cambia su temperatura a -17°C y una 0 = 100%, entonces tenemos
h1 = 33.0 kJ/kg
h2 =- 15.0 kJ/kg
Por lo tanto h1 - h2 = 33.0 - (-15.5)
Δh = 48.0 kJ/kg = 11.46 kcal/kg
Q aire 226670 [ kcal/h ]
m aire = ⇒ m aire = = 22878.4 kg/h
Δh 11.46 [ kcal/kg ]
3.9. Calculo del Volumen Específico
t
v = 2.156 *
Pb - Pv

10. v = volumen especifico del aire húmedo (m3/kg)
t = Temperatura bulbo seco, en K
Pb = Presión barométrica normal
Pv = Presión parcial que ejerce realmente el vapor de agua, en el aire
húmedo
(mm Hg)
Para obtener Pv, se debe determinar primero la presión parcial
máxima que ejerce el vapor de agua (Pvs), en el aire, a una temperatura
determinada.
Pvs = 105.7384 * 10 6
* e [ 3928.5 / ( t + 231.667 ) ]
[mm Hg ]
Por lo tanto:
Pvs ( 1 / 4)
= 12.00 mm Hg
Pv = 0.75 * 12.00
Pv = 9.00 mm Hg
Entonces el volumen específico será:
(14 + 273)
v = 2.156 *
760 - 9.00
v = 0.8239 m3
kg
3.10 Calculo de Caudal de Aire que Circula
V=v*m
V = 0.8239 * 431.30
V = 21.320,4 m3/h

11. Por lo tanto el caudal de aire que entra en el evaporador – soplador es
de 21.320,4 m3/h. Este caudal es dividido a la salida por 2 circuitos o líneas
(ver figura 3.1), por lo cual el caudal que circula por cada circuito es de
10.660,2 m3/h.
3.11. Calculo de Perdidas de Presión en el circuito de Aire
enfriado de sistema CSW.
El aire es un fluido al cual es difícil medirle volumen por que es
compresible
y sensible a la temperatura. Complejas expresiones matemáticas se han
desarrollado para calcular perdidas de presión en fluidos compresibles, pero
generalmente el rango de perdidas en sistema CSW es bastante pequeño
(usualmente menor a 40% de la presión de descarga) por lo que es posible
utilizar la Ecuación de DARCY – WEISBACH para fluidos incompresibles.
ΔP = Perdida de Presion [ m ]
ΔP total = ΔP regular + ΔP singular f = Factor de riccion de cañeria
L = Longuitud [ m ]
2 2
L v v
= f * * +K* V = Velocidad del aire [ m/s ]
D 2g 2g
g = Aceleracion de gravedad [9.88 m/s 2
]
K = Coeficiente de singularidad
Para el uso de la ecuación de Darcy-Weisbach se dispone solo de las
perdidas de longitud de cañería, por lo que las perdidas en fitting tendrán
que ser expresadas en términos de longitud equivalentes. Los valores son
dados en la tabla de la Fig. 3.8.
Para conseguir una circulación de aire por un conducto
necesitaremos vencer las resistencias que se oponen a su desplazamiento.
Estas resistencias son de dos tipos:

12. • La resistencia ofrecida por las paredes del conducto y consigo mismo.
• Accidentes de la red (codos, cambio de sección, accesorios, etc.)
Estas resistencias se denominan perdidas de carga. Es necesario
determinarlas con precisión para poder seleccionar el soplador adecuado y
lograr la circulación del caudal previsto.
Para el desarrollo del cálculo se muestra un esquema del sistema de
cañerías en la Fig. 3.3.
Las perdidas de presión, tienen que ser corregidas por temperatura
multiplicando por le factor Ft.
273 + T
Ft = (Ecuacion # 1)
344
T = Temperatura en °C
Se deben corregir además las perdidas de presión por un factor Fp,
para lo cual se debe asumir una presión promedio en el circuito.
Se debe conocer la presión hidrostática a vencer a la salida de los
orificios.
kg
P H2O = γ* h = 1023 m3 * 2.3 m
kg
P H2O = 23529 m3 = 23000 Pa

13. Entonces la presión hidrostática será de 23000 Pa y asumiendo
también las perdidas dentro del sistema completo serán de 23000 Pa, por lo
tanto la presión de descarga del soplador seria de:
( 23000 + 23000 ) Pa = 46000 Pa
Luego, la Presión Promedio (P prom.) asumida en el sistema, desde la
descarga del soplador hasta los orificios en la línea es:
23000 Pa + 46000 Pa
P prom = = 34500 Pa
2
Luego se tiene que el factor de presión equivale a:
101
Fp = (Ecuacion # 2)
101 + P
P = P prom. Se realiza esta igualdad para gebneralizar el factor Fp.
Fig. 3.6. Perdidas de Carga en los Conductos Circulares.

14. Perdida de presión para aire a presión atmosférica y 71.1 °C en metros
de Cañería de diferentes diámetros.

15. Fig. 3.8. Longitud equivalente en pies para diferentes accesorios.
3.11.1Pérdida de presión en la Línea de Descarga.
Caudal (*) Longitud Perdida de Presión en Pa
Por metro Total
m3/h
Cañería de ø 16” 10662 0.5 m 11 5.5
Cañería de ø 12” 10662 2.2 m 50 110
Cañería de ø 8” 10662 9m 350 3150
Longitud
Equivalente (**)
Reducción de ø 16” a ø 12” 10662 2.14 m 11 23.5

16. Reducción de ø 12” a ø 8” 10662 3m 40 120
2 codos 90° de ø 8” 10662 4.3 m x 2 350 3010
TOTAL 6419 Pa
(*) Viene del Calculo del Caudal de aire que circula (Fig. 3.10)
(**) Viene de la Tabla de Longitud equivalente (Fig. 3.8)
Teniendo la sumatoria de perdidas de la línea de descarga se debe corregir con el factor Ft, según la
ecuación # 1.
273 + (-17)
ΔPd = 6419 * = 4777 Pa
344
3.11.2 Pérdidas de presión en la línea Perforada.
El diámetro de la línea perforada, se debe calcular considerando que es cinco líneas que derivan de
una línea matriz de ø 4” SCH 40 (Tubos de alta Presión), las cuales van perforadas en el fondo del estanque,
cuya separación entre ellas no debe superar 1 mt.
Ø 4” SCH 40 equivale a un diámetro interior de 102.26 mm. (ver Fig. 3.9.)

17. π* D 2
A=
4
π* 102.26 2
A= = 8213 mm 2
4
A total = 8213 mm 2 * 5 (cinco cañerias)
2
A total = 41062 mm
π* D 2 4A
Si A total = A = entonces D =
4 π
D = 228.66 mm
El diámetro de la matriz, por lo tanto, equivale a una cañería de ø 8” SCH 40, que seria el diámetro
normalizado más apropiado, conservándose aproximadamente el área de la matriz en la distribución de
las descargas.
Las 5 líneas perforadas son de ø 4” SCH 40 y largo de 4.800 mm, el caudal a lo largo de la línea no es
constante por lo tanto en este calculo se usara una longitud promedio de 2.4 mt. (la mitad de la longitud
de la línea), debido a que el caudal final se disminuye casi hasta llegar a cero (0). Considerando además
6.7 mts. (22 pies según Fig. 3.8) para cada tee del ramal, se tiene:
Lef = 6.7 m + 2.4 m
Lef = 10.3 m

18. 3
Caudal del aire 21320.4 m / h
V = =
N ° de lineas 5
m 3
V = 4264.1 (Caudal por cada linea)
h
Desde la Fig. 3.7. el Δ P por metro de cañería de ø 4” SCH 40 con caudal de 4264.1 m³ / h es de 2000 Pa.
Entonces la perdida de presión en la línea perforada ( Δ Pf) es:
ΔPf = 2000 Pa / m * 10.3 = 20600 Pa
Teniendo el Δ Pf se debe corregir con el Factor Ft, según ecuación # 1
273 + (-17)
ΔPf = 20600 * = 15330 Pa
344
Como el aire es forzado a salir por los orificios se produce como consecuencia una perdida de Δ Po
asociada. Para simplificar el calculo, empíricamente esta perdida no es superior a 1000 Pa, se considerara
este valor.
ΔPo = 1000 Pa
3.11.3Pérdidas de presión Totales.

19. La perdida de presión en el circuito Δ P es entonces la suma de todas las perdidas.
ΔP circuito = ΔPd + ΔPf + ΔPo ΔPd : Perdida de Presion en linea de descarga
ΔPf : Perdida de Presion en linea perforada
ΔPo : Perdida de Presion en los orificios
Sin embargo Δ Pd y Δ Pf están sometidas a compresión, por lo tanto deben ser corregidas con el factor
Fp, según ecuación #2.
ΔP circuito = ΔPo + ( ΔPd + ΔPf ) * Fp
101000
ΔP circuito = 1000 + ( 4777 + 15330) *
101000 + 34500
ΔP circuito = 1000 + (20107) * 0.75
ΔP circuito = 15988 Pa
La perdida de presión fue de 15988 Pa a deferencia de 23000 Pa, entonces se debe recalcular la
presión promedio (P prom.) y el Δ p del circuito.

20. 15988 + (15988 + 23000) Pa
P prom =
2
P prom = 27488 PaP prom = 27488 Pa
101000
ΔP circuito = 1000 + 20107 *
101000 + 27488
ΔP circuito = 16805 Pa Perdidas de presion en el circuito
Puede verse que hay solo hay una diferencia de 5 % en las respuestas finales y por lo tanto cualquier
respuesta siguiente es aceptable.
ΔP total = ΔP circuito + ΔP columna de agua
ΔP total = 16805 Pa + 23000 Pa
ΔP total = 39805 Pa (Presion requerida en el soplador)
La presión de descarga se puede considerar aceptable utilizando la ecuación DARCY – WEISBACH.
Luego el porcentaje de perdidas en el circuito será de:
16805
* 100 % = 42 %
( 16805 + 23000

21. Como el circuito por ambos mamparos (Proa y popa) del estanque es igual, se considera el mismo
calculo, necesitando por lo tanto un soplador con un caudal de 21320.4 m³ / h y una presión de descarga de
39.8 kPa (0.4 bar).
Luego se debe calcular la cantidad de orificios en cada cañería de ø 4” SCH40 sabiendo que el
diámetro interior es de 97.94 mm.
π* D 2 2
A= = 7533.73 mm
4
Si se consideran perforaciones de diámetro 7 mm, entonces:
π* D 2 2
A= = 38.48 mm
4
A
N ° de perforaciones = = 195 perforaciones
A1
Como las perforaciones van en ángulo de 120°, se debe calcular la distancia entre las perforaciones a
través de la línea.

22. largo de la cañeria
Dis tan cia =
( 195 / 3 )
4880
Dis tan cia = = 75 mm Distancia cada " tres" perforaciones.
65

24. Capitulo 4
EVALUACION ECONOMICA
4.1 Introducción
Se podría decir que una comparación entre los sistemas de refrigeración RSW y CSW instalada en esta
embarcación no estaría completa al no mostrar los costos involucrados en cada uno de ellos.
Es por ello que se recurre a un calculo de valores comparables, en donde a través de una evaluación
económica entre los sistemas, se pretende determinar los costos involucrados en cada uno de ellos.
Siempre será necesario comparar los costos de de adquisición y servicios, ya que a menudo el usuario
prefiere una oferta mas económica, sin considerar los costos posteriores de puesta en servicio, mantenimiento
y operación.

25. Siempre existe para el usuario una ventaja económica al instalarse un sistema completo (Unidad
RSW, Unidad CSW o algún otro conjunto, por el hecho de existir un menor numero de posibles fuentes de
error como serian las interfaces, adaptación de partes eléctricas y mecánicas.
4.2 Composición de los Costos generales de ambos sistemas.

26. Para realizar este análisis se abordara cada tópico por separado, destacando que cada uno esta muy
ligado al otro, por lo que al tratar algún punto especifico, puede que se tome aspectos de otro ítem en
particular.
4.3 En base a los costos de Adquisición.
Este es uno de los aspectos mas importantes dentro de la instalación de cada sistema, cada persona a
cargo de la elaboración de algún trabajo dentro de un proyecto cualquiera, debe relacionarse con este

27. punto y de acuerdo a sus resultados puede determinar el grado de conveniencia económica de instalar uno
u otro sistema.
Para realizar esta evaluación se asumirá que todo aquello que sea idéntico entre ambos sistemas, no
significa un aumento o disminución de los costos, en función de todo aquello que haga la diferencia entre
ambos sistemas.
4.4 Costos de los componentes.
El departamento de cotizaciones del astillero constructor nos entrego los valores de las unidades RSW
y CSW que fueron instaladas en la embarcación, estos valores estan considerando cada unidad como un
“paquete”.
Para poder comparar los dos sistemas, igualaremos el nivel de llenado de una bodega (377 m 3 ) a
un 25%.
Tabla 4.1
Sistema RSW Precio U$

28. Unidad (A) 204.750
Cañerías y Accesorios 35.580
Subtotal 240.330
Unidad (B) 155.000
Cañerías y Accesorios 11.860
Subtotal 166.860
Nota: (A) Valor unidad existente para una bodega a un 100% llenado.
(B) Valor unidad (alternativa) para una bodega a un 25% llenado.
Tabla 4.2
Sistema RSW Precio U$
Unidad 140.000
Cañerías y Accesorios 4.950
Subtotal 144.950
4.5 Costos de Montaje.

29. El astillero constructor posee una estimación sobre la hora de trabajo promedio de la planta igual a $
1600 y el uso del grúa rodante de $ 31.500 por hora, esta cifra será considerada para los respectivos cálculos.
Tabla 4.3 Sistema RSW
Descripción Precio U$
Mano de obra 23.040
Maquinaria 9.450
Subtotal 32.490
Tabla 4.4 Sistema CSW
Descripción Precio U$
Mano de obra 15.360
Maquinaria 4.725
Subtotal 20.085
Tabla 4.5 Total costo de inversión inicial
Componentes Precio U$

30. Sistema RSW 199.350
Sistema CSW 165.001
4.6 Costos de Operación.

31. Uno de los aspectos mas difíciles de evaluar en forma practica corresponde al consumo por operación
de cada sistema y su evidente traspaso a costo monetario. Abordaremos este parámetro en forma criteriosa.
Cada nivel de carga tiene un consumo especifico de combustible que es posible traducir en costos reales
de operación para cada sistema por separado.