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Camara Frigorifica Para Bananos
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ANLLY MELISA FLOREZ DE LA OSSA
ZAMIRA ALEXANDRA PEREZ FLOREZ
ANDREA ESTHER VELEZ RAMOS
UNIVERSIDAD DE CORDOBA
23/05/2013
2013DISEÑO DE CAMARA FRIGORIFICA PARA BANANOS
1. INTRODUCCION
El banano pertenece al orden Zingiberales, familia Musáceas y género Musa. El
banano en un cultivo permanente que se autoreemplaza con un pequeño retoño
que crece al lado de la planta y muere al ser cosechada.
Esta fruta, cilíndrica con 3 ángulos pronunciados, se consume en diversos
estados de madurez y de ello depende su sabor entre otras características. Son
hierbas gigantes con pseudotallos aéreos que se originan de rizomas carnosos o
colinos con múltiples yemas laterales. Los pedúnculos de las hojas se cubren en
forma helicoidal formando los pseudotallos. Debido a que las variedades
modernas de plátanos y bananos se caracterizan por su parte no carpia, su
propagación es exclusivamente por medios vegetativos.
Este diseño tiene como finalidad adecuar las condiciones necesarias para la
conserva de bananos durante un tiempo determinado.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL: Diseñar un cuarto frigorífico para la refrigeración y
almacenamiento refrigerado de bananos durante un tiempo determinado.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Caracterizar el banano como producto a refrigerar y a almacenar
Dimensionar la cámara con la que vamos a refrigerar y a almacenar.
Calcular la carga total de enfriamiento
Calcular la carga total de almacenamiento
Caracterizar el sistema de refrigeración
3. MARCO TEORICO
El banano es un cultivo permanente que se auto reemplaza con un pequeño
retoño que crece al lado de la planta y muere al ser cosechada. Las dos especies
más conocidas en nuestro medio son: la musa paradisíaca que corresponde al
plátano para cocción, y el Cavendish Valery o banano.
Por sus fines de exportación se cultiva con tecnología de punta y exhaustivo
control de todos sus requerimientos. La rentabilidad del cultivo frente a otras
alternativas productivas permite el uso de nuevas tecnologías de riego, drenaje y
transporte. Los factores que se deben tener en cuenta para un óptimo cultivo son
(Milán, Jesús; 2000):
Temperatura. La temperatura media que es óptima para el cultivo es de 25°C.
Temperaturas entre 25 y 30°C le favorecen. La humedad relativa apropiada se
estima en un 50%.
Luminosidad. Se requieren 1.200 h/año, aproximadamente de 3 a 5 horas de sol
brillante por día y una acumulación de 4.380 h/luz al año. La planta es muy
eficiente capturadora de energía solar para sus procesos de fotosíntesis, razón por
la que en las zonas de menor heliofanía o temporadas nubladas el tamaño de las
hojas es mayor, situación que debilita los tejidos y los hace susceptibles de
contraer enfermedades.
Nutrición. El banano es una fruta de agradable sabor, altamente enérgico, rico en
carbohidratos y contiene poca grasa. Ayuda a proveer vitaminas esenciales como
la vitamina C, B1, B2 y B6. También contiene grandes cantidades de potasio y
magnesio. Los niveles de sodio son bajos y pobre en proteínas y lípidos.
Cosecha. Esta debe realizarse una vez calibrada la fruta, para determinar el
estado fisiológico adecuado. Dicha calibración se realiza tomándole el diámetro
del dedo medio de la última mano y se comprueba con la segunda mano. El
diámetro dependerá fundamentalmente de la variedad.
Manejo poscosecha. Durante esta fase la fruta debe recibir un máximo cuidado
para preservar su calidad; de allí que el manejo, transporte y almacenamiento
estarán a cargo de un personal calificado en dichas labores. Manejo poscosecha.
Durante esta fase la fruta debe recibir un máximo cuidado para preservar su
calidad; de allí que el manejo, transporte y almacenamiento estarán a cargo de un
personal calificado en dichas labores.
Transporte. Al término de la colocación de las manos debe recogerse el plástico
como una bolsa, se amarra con una liga gruesa y se coloca el nudo en un lugar
donde no produzca compresión en la fruta al momento de cerrar la caja. No debe
olvidarse el extraer la mayor cantidad de aire a la bolsa.
NORMATIVIDAD
El grado de desarrollo y el estado del banano debe permitir el transporte y
manipulación de manera que llegue satisfactoriamente al lugar de destino.
De acuerdo con la “Norma NTC 1190,” Industria “Alimentaria – plátano”, dada por
el ICONTEC en 1976 los bananos se clasifican por su tamaño en tres categorías:
Extra, Primera y Segunda, en cada una de las cuales los frutos deben estar (Milán,
Jesús; 2000):
• Enteros, duros, con la forma característica de la variedad.
• Secos, limpios, sin manchas ni grietas.
•Sin rayas profundas, ni ataques de plagas o enfermedades.
•Sin principios de pudrición, magulladuras, heridas no cicatrizadas o cuellos.
• El plátano se puede comercializar verde, pintón o maduro, en manos, dedos o
racimos.
Daños mecánicos
Los daños mecánicos son uno de los principales factores que conducen al
deterioro poscosecha de los bananos y pueden ocurrir en cualquier momento
desde el punto de la cosecha hasta el punto de consumo12. Los daños mecánicos
pueden restar valor a la apariencia del producto y crear el potencial para la
penetración de infecciones. También pueden resultar en una baja calidad para el
mercado y precios más bajos. Existen tres principales fuentes de daño mecánico
que afectan a los bananos y son las siguientes (Milán, Jesús; 2000):
. 1. Impacto. Los daños por impacto pueden resultar en magulladuras con o sin
rotura de la cáscara. Las magulladuras por impacto son causadas por un golpe
fuerte como por ejemplo, el de un objeto que cae sobre la fruta, el de la fruta que
cae contra otra fruta en una superficie dura con fuerza suficiente para dañar las
células. El daño por impacto puede ocurrir a través de todo el proceso de
comercialización desde la cosecha hasta la llegada al consumidor. Algunas veces
los daños no son visibles pero pueden presentarse más tarde.
2. Presión o compresión. Los daños por compresión resultan de la presión
excesiva sobre la fruta. No hay necesidad de movimiento físico para que ocurra el
daño por presión. El daño por presión puede ser causado por otras frutas y ocurre
primariamente durante y después del empaque como resultado de forzar la
entrada de demasiados productos en un contenedor muy pequeño (es decir, sobre
empacado, o cuando los empaques se apilan muy alto, uno arriba de otro).
3. Vibración. El daño por vibración es principalmente asociado con el transporte y
resulta de la vibración repetida y prolongada de la fruta.
Este daño es mayor en las capas superiores de la fruta, particularmente, cuando
el empaque es poco compacto, ya que en esta situación nada impide que la fruta
vibre durante el transporte y distribución. El daño por vibración es particularmente
severo cuando el empaque de las frutas es muy suelto.
Los factores que pueden ser causa son los siguientes:
• Factores precosecha. Entre los factores precosecha que pueden ser causa de
daños mecánicos en los bananos, se encuentran: clima, viento, aspersión y
aplicación de fertilizantes, plagas e insectos, pájaros, roedores e implementos de
cultivo.
• Factores de cosecha. Durante el proceso de la cosecha, el daño mecánico
podría resultar de las pobres técnicas de cosecha y manipulación. La tierra que se
adhiere a las frutas (cuando se permite su caída durante la cosecha) también
puede causar daños como rayar las frutas al remover la tierra o lavarla.
• Factores poscosecha. Los factores poscosecha que pueden causar daño
mecánico son: alta o baja densidad en el empaque de las frutas; empaque o
manipulación pobre de las frutas empacadas durante la carga y descarga;
vibración (sacudidas) de los vehículos especialmente en malas carreteras y
velocidad de transporte.
CONDICIONES GENERALES
ASPECTO
Los plátanos deben estar enteros y duros, exteriormente secos, limpios, sin
manchas ni grietas, no deben presentar rayas profundas ni huellas de ataques de
plagas y enfermedades.
No deben presentar indicios de pudrición ni magulladuras o heridas no
cicatrizadas, ni tener el cuello roto.
El plátano puede comercializarse en estado verde, pintón o ligeramente maduro.
Así mismo, puede comercializarse en manos, dedos o racimos.
REQUISITOS (Norma NTC 1190,” Industria “Alimentaria – plátano)
GRADOS DE CALIDAD
Calidad extra
Los plátanos de esta calidad, deberán estar bien formados, tener un grado de 3/4
lleno, presentar coloración uniforme según su grado de madurez y pedúnculos
bien cortados (no pueden ser arrancados ni retorcidos). La longitud del dedo para
el plátano hartón no podrá ser inferior a 25 cm.
Calidad primera
Además de cumplir las características indicadas en el Capítulo 3, deberán estar
bien formados. Los plátanos de esta calidad podrán presentar solamente daños
superficiales y no deberán presentar manchas entre las aristas.
La cadena de frio en banano es un proceso integrado desde finca hasta punto final
de venta. Todos aquellos grupos que participan a lo largo del proceso son
responsables de manejar la fruta de la mejor manera posible. Las 3 reglas
principales son: 1) Cosechar la fruta a la edad óptima y con la mejor calidad
posible, 2) Acelerar el proceso de empaque y su envío a puerto de origen, y 3)
Iniciar refrigeración a la mayor brevedad.
Calidad segunda
Además de cumplir las características indicadas en el capítulo 3, podrán presentar
daños superficiales pero no podrán presentar manchas en más de una tercera
parte de su superficie total.
TOLERANCIAS
Para la calidad extra
Se admitirá un 5 % de plátanos que tengan el cuello roto o no cumplan las
especificaciones del anterior, pero que cumplan las especificaciones de la calidad
primera.
Para la calidad primera
Se admitirá hasta el 10 % de plátanos que tengan el cuello roto o no cumplan las
especificaciones anteriores, pero que cumplan las especificaciones de la calidad
segunda, siempre que los defectos no los hagan impropios para el consumo.
Para la calidad segunda
Se admitirá hasta el 20 % de frutos que tengan el cuello roto o no cumplan las
especificaciones del anteriores. Podrán tener cáscara sucia y formas irregulares
(dobles, triangulares, muy curvos), siempre y cuando los defectos no los hagan
impropios para el consumo.
EMPAQUE Y TRANSPORTE
En años anteriores, casi todo el plátano se manejaba en racimos que podían o no
protegerse con papel, paja o bolsas de plástico perforadas. Los racimos con nueve
manos recibían el mejor precio del mercado, el cual disminuía considerablemente
cuando los racimos tenían 8, 7 o 6 manos. En la actualidad, la tendencia es de
empacar y transportar las manos de plátano en cajas de cartón. Con esta forma de
empaque no es necesario que el racimo tenga un tamaño en particular, la fruta se
manipula menos, pueden venderse las partes buenas de racimos dañados y no se
transportan los raquis del racimo que son material de desecho. En el caso de
exportación, se tiene adicionalmente la ventaja de utilizar mano de obra local para
la selección y empaque mientras que se usa menos mano de obra, la cual
generalmente es muy cara, en el país importador. La fruta de exportación por lo
general se empaca en cajas de cartón telescópicas de aproximadamente 18 kg
(plátano de mesa) y 23 kg (plátano verde), que contienen una película perforada
de polietileno para modificar la atmósfera y retrasar el proceso de maduración. La
carga se transporta en barcos, en contenedores refrigerados. Cuando las
distancias al lugar de distribución y consumo no son muy grandes, es posible
utilizar trailers o camiones debidamente acondicionados para el transporte de la
fruta, con o sin refrigeración.
En varios países latinoamericanos todavía se acostumbra manejar y transportar el
plátano a granel en racimos enteros y sin ningún cuidado para la fruta. El plátano
de mesa (tipo seda) también se comercializa en jabas o cajas de madera que por
lo general son totalmente inadecuadas para empacar esta fruta y que le ocasionan
graves daños al producto. El transporte se realiza en vehículos en los que por lo
general no existe control de temperatura ni humedad relativa y en los que además
es común dejar el producto descubierto sin protección para la lluvia y el sol. En las
Figuras 17 a 19 se muestra el uso de empaques y transportes inadecuados y el
daño que ello ocasiona al producto. (Milan, Jesus. 2000)
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO
Las bodegas de almacenamiento deben enfriarse antes de la entrada del
producto. La temperatura de la fruta debe bajar hasta 13 ºC tan pronto como sea
posible. La fruta verde-madura puede conservarse por 1 a 4 semanas;
dependiendo de las condiciones de manejo y estado de madurez de la misma.
Una vez maduro, el plátano no dura más de 2 a 4 días, dependiendo de la
temperatura del medio ambiente. El plátano debe permanecer almacenado a 13°-
14°C, con una humedad relativa del 90 al 95% para el plátano verde-maduro o
pintón y de 85% si está maduro. La bodega debe contar con un buen sistema de
ventilación para eliminar el etileno y los otros gases producidos durante la
respiración del fruto. La altura de la estiba depende de la resistencia de las cajas,
pudiendo llegar hasta ocho hileras de altura. (Milan, Jesus. 2000)
DAÑO POR ENFRIAMIENTO
Temperaturas de 11° a 12°C producen daño por enfriamiento. La fruta verde-
madura es ligeramente más sensible al frío que la madura. La fruta afectada
presenta decoloración de la cáscara, oscurecimiento de la pulpa y fallas en la
maduración. Los síntomas del daño por enfriamiento se hacen más evidentes
cuando el plátano es expuesto a temperaturas normales, después del
enfriamiento. La fruta dañada por frío además es muy susceptible al daño
mecánico ocasionado durante su manejo.
Unas pocas horas de exposición del producto a 10°C puede resultar en el
opacamiento del color de la cáscara; en tanto que son suficientes 12 horas a 7°C
para afectar la calidad de consumo de esta fruta. (Milan, Jesus. 2000)
MANEJO EN EL CENTRO DE EMPAQUE
La secuencia de manejo en el centro de selección y empaque se muestra en la
Figura 8. La primera actividad en el centro de empaque consiste en colgar los
racimos y verificar la calidad de la fruta (llenado, longitud, daños); procediendo a la
eliminación o procesamiento de la fruta que no califica para el mercado de
producto fresco. Asimismo, se procede a retirar la espuma plástica colocada entre
la fruta de los racimos y a eliminar los remanentes florales de los frutos cuando
éstos están presentes. (FAO, 2005)
Después, se procede a separar la fruta en unidades o "manos" que pueden
contener de 4 a 10 plátanos cada una. Para esto se debe utilizar un cuchillo
especial de forma curva. Las manos de plátanos se colocan en tanques de agua
para eliminar el látex que sale por el punto de corte. El agua, además, favorece la
coagulación del látex. El contacto del látex con la superficie de la fruta la mancha
afectando su calidad comercial. Esta operación puede requerir un baño adicional
en un segundo tanque para asegurar la completa eliminación del látex. El agua
utilizada debe contener cloro activo en concentraciones de 100 a 200 ppm. (FAO,
2005)
3. DISEÑO DE CAMARA FRIGORIFICA PARA BANANOS
3.1 CARACTERIZACION DEL PRODUCTO
El banano es una fruta tropical que es aprovechada principalmente para su
consumo fresco, este posee aproximadamente la siguiente composición
nutricional:
Agua: 75,2%
Carbohidratos: 21,5%
Fibra: 2,5%
Grasa total: 0,3
Minerales: 0,5%
Con estos datos se halló el valor de Cp= 4,44 KJ/KgºC a través de Choi & Okos
Características físicas del producto
Los bananos que van a ser almacenados van a tener unas características
especificas con respecto al tamaño, calibre, peso y estado de madurez (Guía para
exportación de plátano a los Estados Unidos).
Tamaño: 8,5 pulgadas (21,9 cm aprox.)
Calibre: 1,54 pulgadas (3,9 cm aprox.)
Peso: 300 gramos
Estado de madurez: Los bananos inicialmente deben estar inmaduros, es
decir, de un color verde intenso pero fisiológicamente maduro. (Estado 1)
Condiciones de recolección y almacenamiento
Condiciones durante la recolección: 29ºC y 90%HR.
Temperatura de la fruta en la recolección: 24ºC.
Temperatura de almacenamiento: 13ºC, ya que un almacenamiento bajo
temperaturas menores a 12ºC pueden provocar daños por enfriamiento,
mientras que superiores a 13.5ºC acelerarían el proceso de maduración.
(Guía para exportación de plátano a los Estados Unidos)
Tiempo de almacenamiento: Antes de lograr su madurez de consumición se
pueden almacenar hasta unos 14 a 22 días a una temperatura de 13ºC y
humedad relativa de 90%. (Agricultura Orgánica en el Trópico y Subtrópico
del Banano, 2001)
3.2 DIMENSIONAMIENTO DE LA CAMARA FRIGORIFICA
3.2.1. CRITERIOS DE DISEÑO
Producto a almacenar: Bananos
Capacidad de almacenamiento: 24600 kg de fruta - 24,6 Ton. (1000 cajas de
24,6 Kg)
Embalaje del producto: Después de la selección y lavado, se almacenan los
bananos en cajas de cartón corrugado la cual posee unas dimensiones de
20x51x34 cm. (Fuente: Guía de exportación plátanos para el mercado de Estados
Unidos).
Se recomienda que en el almacenamiento de las cajas sean colocadas en tarimas
de madera de 48” x 40” (1.2m x 1.02m) colocando en la base de cada paleta seis
cajas, por ocho niveles de altura, para un total de 48 cajas cada paleta (Fuente:
Norma ISO Estándar 6780).
Con base a lo anterior, las estibas totales a usar son:
1000 cajas / 48 cajas por estiba = 21 estibas
La empresa EMPCA S.A produce cajas de cartón corrugadas a medidas exactas
que se requieran, con las dimensiones establecidas:
Tabla 1. Propiedades de las cajas (Fuente: EMPCA S.A.)
Peso 0,5 Kg
Cp 1,57 KJ/KgºC
La compañía ECOFORMAS ofrece estibas idénticas a las necesitadas:
Tabla 2. Propiedades de las estibas (Fuente: ECOFORMAS S.A.)
Peso 23 Kg
Cp 2,72 KJ/KgºC
Capacidad 1500 Kg
Entradas 4
Alto 15 cm = 0,15 m
Montacargas: Se utilizaran 2 montacargas eléctricos para llenar la cámara, la
compañía ECOFORMAS S.A ofrece este producto con las siguientes
características y recomendaciones:
Tabla 3. Montacargas eléctrico (Fuente: ECOFORMAS S.A.)
Largo 3100 mm = 3,1 m
Ancho 1130 mm = 1,13 m
Alto 2005 mm = 2,005 m
Capacidad de carga 2000 Kg
Ancho de pasillo 3200 mm = 3,2 m
3.2.2. ÁREA Y VOLUMEN DE LA CÁMARA: Para esta determinación se tendrán
en cuenta las siguientes recomendaciones:
Según el Decreto 3075, capítulo 7, art. 31, Inciso d, establece que la
separación mínima con respecto a las paredes debe ser 60cm.
En los diseños de cuartos fríos es habitual dejar un espacio libre donde
el evaporador descarga el aire de refrigeración para generar la
recirculación, este espacio oscila entre 0,4 – 0,5 m. Para este diseño
tomaremos como espacio libre superior 0,5 m.
Las puertas tendrán dimensiones de 2,5m de alto y 2m de ancho, esto
teniendo en cuanta las dimensiones del montacarga, compuestas por
los mismos materiales de las paredes.
De acuerdo a la medida de los arrumes, espacios libres, separaciones de la pared,
medida de las estibas, altura del montacarga; las dimensiones internas
escogidas son:
Alto: 3.5 metros
Largo: 13 metros
Ancho: 7 metros
Ahora:
Vinterno = Alto x Largo x Ancho = 318.5 m3
Ainterna = (Alto x Largo) x 2 + (Largo x Ancho) x 2 + (Ancho x Alto) x 2 = 322 m2
Para las dimensiones externas se tendrán en cuenta la composición de paredes,
techo y piso. En este caso estarán fabricados de (Según catálogo general 2012
de SAVEMAH, cámara frigorífica modular a medida para conservación):
ENTRADA
Para paredes y techo estarán fabricados en poliuretano inyectado a alta
presión (60mm de espesor y k=0,035 W/mºC), un revestimiento interior de
acero inoxidable (0,6mm de espesor y k= 15 W/mºC) y un revestimiento
exterior de acero galvanizado (0,5mm de espesor y k= 52,5 W/mºC)
Para paneles de suelo se utilizará poliuretano rígido de espesor 60mm con
revestimiento interior de acero inoxidable antideslizante de 10mm y un
revestimiento galvanizado de 0,5 mm de espesor.
Ahora con el espesor de las paredes se tiene que las dimensiones externas de la
cámara son:
Alto: 3,7 m
Largo: 13,2 m
Ancho: 7,2 m
Ahora:
Vexterno = Alto x Largo x Ancho = 351,65 m3
Aexterna = (Alto x Largo) x 2 + (Largo x Ancho) x 2 + (Ancho x Alto) x 2 =
341,04 m2
3.3 DETERMINACIÓN DE CARGAS TERMICAS DURANTE EL ENFRIAMIENTO
3.3.1. CARGA POR PAREDES Y TECHO
QParedesytecho=A( paredes y techo)∗U global∗(T a−T )
Para hallar el U global es necesario hallar el h i (h convectivo Interior) y el he (h
convectivo exterior) del aire, que dependen de la velocidad del mismo, para esto
se utilizó la siguiente ecuación con la cual podemos obtener el h convectivo en
función de la velocidad del aire:
h=6,164+4,187v Con h en w/m2C
Donde ves la velocidad de aire en m/s
Velocidades de aire al interior de la cámara (Vi)= 1m/s (para frutas y
hortalizas se recomiendan velocidades entre 0,5 y 1,5 m/s para no resecar
la superficie del producto) (Elton F. Morales, 2009)
Velocidad Exterior del Aire= 4 m/s
De esta manera:
hi=6,164+4,187(1 ms )=10,35w /m2C
he=6,164+4,187(4 ms )=22,91w /m2C
El Uglobal está dado por:
U globlal=1
1hi
+ 1he
+X Ainox
K Ainox
+X poliu
K poliu
+X Agalv
K Agalv
= 11
10,35w
m2C
+1
22,91w
m2C
+0,0006m
15wmºC
+0,06m
0,035wmºC
+0,0005m
52,5wmºC
U globlal=0,54w
m2C
Ahora el calor por paredes y techo es:
QParedesytecho=Aparedesytecho∗U global∗(T a−T )
QParedesytecho=246m2∗0,54 w
m2C∗(29−13 ) ºC
QParedesytecho=2122,30Js=183366,94KJ /dia
3.3.2. CARGA POR SUELO
El Uglobal está dado por:
U globlal=1
1hi
+ 1he
+X Ainox
K Ainox
+X poliu
K poliu
+X Agalv
K Agalv
= 11
10,35w
m2C
+1
22,91w
m2C
+0,01m
15wmºC
+0,06m
0,035wmºC
+0,0005m
52,5wmºC
U globlal=0,55w
m2C
Ahora el calor por suelo es:
Qsuelo=Apiso∗U global∗(T a−T )Q
suelo=¿95,04m2∗0,55 wm2C
∗(29−13)ºC ¿
Qsuelo=839,4Js=72524,51KJ /dia
3.3.3. CARGA POR RENOVACION DE AIRE
Se realizan 6 cambios de aire por día, entonces:
QCambios Aire=V∗ºNCambios∗f
Dónde:f es Factores de cambio de aire; en nuestro caso es: f=72,6KJ /m3
(Manual de ingeniería. BOHN)
QCambios Aire=318,5m3∗6dia
∗72,6 KJm3
QCambios Aire=138738,60KJ /dia
3.3.4. CARGAS POR OPERARIOS
Se considera que laboran 3 operarios y entran 2h/día a la cámara, y el calor del
operario en BTU/día se halla por la siguiente tabla:
La temperatura de refrigeración es de 13ºC es decir 55,4ºF; extrapolando se
obtiene el valor de 15724,8BTU/día = 655,2 BTU/h
Qoperarios=q persona∗N operarios∗t
Q personas=655,2 BTU /h∗3∗2h/dia
Q personas=3931,2BTUdia
=4147,64 KJ /dia
3.3.5. CARGAS POR CARROS MONTACARGAS
Se considera que se utilizaran 3 carro y entran 2h/día a la cámara, y el calor del
montacargas se halla teniendo en cuenta la siguiente tabla dependiendo de la
capacidad de levante del carro en nuestro caso es de 2000 Kg aprox. 4000lb
Ahora:Qmc=Nº decarros∗Qcarro∗t
Qmc=3∗21000BTU /h∗2h/dia
Qmc=126000BTUdia
=132937,04KJ /dia
3.3.6. CARGAS POR ILUMINACIÓN
Se utilizaran luces de 2400W/h a razón de 3.42BTU/W por el mismo tiempo en
que entra el operario a la cámara, es decir, 2h/día.
Qilu=2400w /h∗2h/dia
Qilu=4800wdia
=17280 KJdia
3.3.7. CALOR SENSIBLE PRODUCTO
Qsensible P=M∗Cpbanano∗(T inicial−banano−T )
Qsensible P=24600kg24h
∗4,44 kcalC . Kg
∗(24−13 )C
Qsensible=1201464kJdia
3.3.8. CALOR SENSIBLE DE LAS CAJAS DE CARTÓN
QsensibleCC=M Total cajas∗Cpcajas∗(T inicial−T )
La masa total de las cajas de cartón es: 1000cajas x 0,5 Kg = 500Kg
QsensibleCC=500kg24h
∗1,57 kcalC . Kg
∗(29−13 )C
Qilu=Luces (watts )∗t
QsensibleCC=12560kJdia
3.3.9. CALOR SENSIBLE DE LAS ESTIBAS
La masa total de las estibas de madera es: 21 estibas x 23 Kg = 483Kg
Qsensible E=M∗CpMadera∗(T inicial−T )
QSensible E=483kg24h
∗2,72 kcalC .Kg
∗(29−13 )C
Qsensibles E=20853,33kcal24 h
3.3.10. CALOR DE RESPIRACIÓN
Qrespiracion=M∗HRes
Donde H Res es el calor de reacción liberado por el producto en BTU/Ton/día, y se
calcula de acuerdo a la siguiente tabla (USDA, 1995):
En este caso se toma una temperatura promedio entre la temperatura de la fruta y
la de refrigeración con el fin de hallar este calor, la temperatura es de 18,5ºC =
65.3ºF; por interpolación con los valores de bananas verdes el valor es: 6,29
BTU/Ton.
Ahora:
Qrespiracion=(24600Kg 1Ton1000Kg
)∗6,29 BTUTon
Qrespiracion=154,734BTUdia
=163,25kJ /dia
3.3.11. CALOR TOTAL DE ENFRIAMIENTO
QT=1784035,31KJdia
Aplicando un margen de seguridad de 10% el valor de real del QTOTAL es:
Margen de seguridad (10%) = 1784053,31 KJ/día * 0,1 = 178403,531 KJ/día
QT=1784035,31KJdia
+178403,531 KJdia
=1962438,84 KJdia
Suponiendo que el equipo de refrigeración opere 18 horas diarias se tiene que
1962438,84
Kjdia18hdia
=109024,38Kjh
Convirtiendo a toneladas de refrigeración
T ref=109024,38
kjh
12660=8,61 toneladasderefrigeracion
QT=Q pt+Qsuelo+QRA+Qop+Qmc+Qilu+Qs+Qsc+Qse+Q resp
3.4 DETERMINACIÓN DE CARGAS TERMICAS DURANTE EL
ALMACENAMIENTO
3.4.1. CARGA POR PAREDES Y TECHO
QParedesytecho=A( paredes y techo)∗U global∗(T a−T )
QParedesytecho=246m2∗0,54 w
m2C∗(29−13 ) ºC
QParedesytecho=2122,30Js=183366,94KJ /dia
3.4.2. CARGA POR SUELO
Qsuelo=Apiso∗U global∗(T a−T )Q
suelo=¿95,04m2∗0,55 wm2C
∗(29−13)ºC ¿
Qsuelo=839,4Js=72524,51KJ /dia
3.4.3. CARGA POR RENOVACION DE AIRE
Se realizan 1,8 cambios de aire por día durante el almacenamiento, entonces:
QCambios Aire=V∗ºNCambios∗f
Dónde:f es Factores de cambio de aire; en nuestro caso es: f=72,6KJ /m3
(Manual de ingeniería. BOHN)
QCambios Aire=318,5m3∗1,8dia
∗72,6 KJm3
QCambios Aire=41621,58KJ /dia
3.4.4. CARGAS POR OPERARIOS
Se considera que labora 1 operarios y entran 1h/día a la cámara, y el calor del
operario en BTU/día es el mismo que durante el enfriamiento: 655,2 BTU/h
Qoperarios=q persona∗N operarios∗t
Q personas=655,2 BTU /h∗1∗1h/dia
Q personas=655,2BTUdia
=691,27KJ /dia
3.4.5. CARGAS POR ILUMINACIÓN
Las mismas luces por el mismo tiempo en que entra el operario a la cámara, es
decir, 1h/día.
Qilu=2400w /h∗1h/dia
Qilu=2400wdia
=8640 KJdia
3.4.6. CALOR DE RESPIRACIÓN
Qrespi racion=M∗H Res
En este caso para hallar H Res se toma la temperatura de almacenamiento es decir
13ºC = 55.4ºF; por interpolación con los valores de bananas verdes el valor es:
3,71 BTU/Ton.
Qilu=Luces (watts )∗t
Ahora:
Qrespiracion=(24600kg 1Ton1000Kg
)∗3,71 BTUTon
Qrespiracion=91,27BTUdia
=96,29kJ /dia
3.4.7. CALOR TOTAL DE ALMACENAMIENTO
QT=306940,59KJdia
Aplicando un margen de seguridad de 10% el valor de real del QTOTAL es:
Margen de seguridad (10%) = 306940,59 KJ/día * 0,1 = 30694,059 KJ/día
QT=306940,59KJdia
+30694,059 KJdia
=337634,649 KJdia
Suponiendo que el equipo de refrigeración opere 18 horas diarias se tiene que
337634,649
Kjdia18hdia
=18757,4805Kjh
Convirtiendo a toneladas de refrigeración
QT=Q pt+Qsuelo+QRA+Qop+Qilu+Qresp
T ref=18757,4805
kjh
12660=1,481toneladas derefrigeracion
4. CARACTERIZACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
4.1. SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE: Se evaluaron dos refrigerantes y se
comparan para escoger el más adecuado. Los refrigerantes son:
El R-134a, por los siguientes motivos: la molécula no contiene ningún
átomo de cloro, responsable de la descomposición del ozono, por eso se le
adjudica a esta sustancia el potencial 0, respecto a la destrucción del ozono
y posee las siguientes características (Según: Ficha Técnica,
EUROREFRIGERANS)
El R-404a, por los siguientes motivos: Aparte de no ser dañino para la capa
de ozono, es el actual sustituyente del R-502 el cual es utilizado para el
almacenamiento refrigerado en la industria alimentaria. Posee las
siguientes características (Según: Ficha Técnica, EUROREFRIGERANS)
4.2. DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN Y DE
EVAPORACIÓN
En la temperatura de condensación debe tener un DT de 10ºC con respecto
a la temperatura del medio (Según: Manual de frio y refrigeración El
frigorista Torpe); entonces: 29ºC + 10ºC = 39ºC
La temperatura de evaporación es recomendable un DT de 7-9º para
vegetales a HR de 90% (Según: Manual de Ingeniería, BOHN); entonces:
13ºC-8ºC= 5ºC.
4.3. SELECCIÓN Y TRAZADO DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN
Con las temperaturas del evaporador y del condensador y el diagrama de Mollier
se hallan las entalpias y presiones respectivas del sistema, y con esto los
parámetros del ciclo:
La masa del refrigerante
El trabajo del compresor
La capacidad operativa (COP)
La potencia del compresor
Para ambos refrigerantes, el R-134a y el R-404ª.
PARA EL R-134a
Tevapo= 5 ºC
TCondensador=39 ºC
En el diagrama P-h del refrigerante R-134a trazamos el ciclo con las temperaturas
dadas, y hallamos las entalpias en cada punto del ciclo.
H1=H4= 245 kj/kg Palta: 990 Kpa
H2= 395kj/kg Pbaja: 350 Kpa
H3=430 kj/kg
Ahora sabemos que:
Qevaporador=M refrigerante∗(H 2−H 1 )
Como Qevaporador=QTOTAL=Qrefrig+Qalmac=127781,86Kjh
Por tanto:
M refrigerante=Qevaporador
(H 2−H 1)=127781,86
Kjh
(395−245 ) KjKg
M refrigerante=851,88kgh
Seguidamente hallamos el trabajo del compresor dado por la ecuación:
W compresor=M refrigerante∗(H 3−H2 )
W compresor=851,88kgh
∗(430−395 ) Kjkg
W compresor=29815,77Kjh
Calculamos el COP del refrigerador
COP=Q evaporador
W compresor
=127781,86
Kjh
29815,77Kjh
=4,29
Calculamos potencia del compresor:
Po=MR∗(H 3−H 2)
COP
Po=851,88
kgh
∗(430−395)KJ /Kg
4,29
Po=6957,01 KJh
=2,591HP
PARA EL R-404a
En el diagrama P-h del refrigerante R-404a trazamos el ciclo con las temperaturas
dadas, y hallamos las entalpias en cada punto del ciclo.
H1=H4= 260 kj/kg Palta: 1700 Kpa
H2= 360kj/kg Pbaja: 700 Kpa
H3=400 kj/kg
Ahora sabemos que:
Qevaporador=M refrigerante∗(H 2−H 1 )
Como Qevaporador=QTOTAL=Qrefrig+Qalmac=127781,86Kjh
Por tanto:
M refrigeran te=Qevaporador
(H 2−H 1 )=127781,86
Kjh
(360−260 ) KjKg
M refrigerante=1277,82kgh
Seguidamente hallamos el trabajo del compresor dado por la ecuación:
W compresor=M r efrigerante∗(H 3−H 2 )
W compresor=1277,82kgh
∗(400−360 ) Kjkg
W compresor=51112,74Kjh
Calculamos el COP del refrigerador
COP=Q evaporador
W compresor
=127781,86
Kjh
51112,74Kjh
=2,5
Calculamos potencia del compresor:
Po=1277,82
kgh
∗(400−360)KJ /Kg
2,5
Po=20445,10 KJh
=7,61HP
Luego de calcular los requerimientos bases se comparó dos tipos de refrigerantes:
R-134a y R-404a; siendo el primero seleccionado para hacer parte del diseño de
la cámara frigorífica ya que con las necesidades de calor de dicha cámara posee
un COP de 4,29 mientras que el otro refrigerante tiene un COP de 2,5 trabajando
con una potencia mucho mayor que el R-134a, lo que significa que el R-404a tiene
un mayor gasto de energía con una eficiencia menor lo que generará mayores
costes que el R-134a con una potencia de 2,12HP y mejor eficiencia. Por ende, el
refrigerante a usar será el R-134a.
Po=MR∗(H 3−H 2)
COP
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