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DISEÑO DE CAMARA FRIGORIFICA PARA BANANOS

ANLLY MELISA FLOREZ DE LA OSSA ZAMIRA ALEXANDRA PEREZ FLOREZ ANDREA ESTHER VELEZ RAMOS

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 verdemadura 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 Cp

0,5 Kg 1,57 KJ/KgºC

La compañía ECOFORMAS ofrece estibas idénticas a las necesitadas:

Tabla 2. Propiedades de las estibas (Fuente: ECOFORMAS S.A.) Peso Cp Capacidad Entradas Alto

23 Kg 2,72 KJ/KgºC 1500 Kg 4 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

características y recomendaciones:

Tabla 3. Montacargas eléctrico (Fuente: ECOFORMAS S.A.) Largo Ancho Alto Capacidad de carga Ancho de pasillo

3100 mm = 3,1 m 1130 mm = 1,13 m 2005 mm = 2,005 m 2000 Kg 3200 mm = 3,2 m

siguientes

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

ENTRADA

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 m 2 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): 

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 h e (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+ 4,187 v

Donde 

Con h en w/m2C

v es la velocidad de aire en m/s

Velocidades de aire al interior de la cámara (V i)= 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: 

( ms )=10,35 w/m C

hi=6,164+4,187 1

2



( ms )=22,91w /m C 2

he =6,164 +4,187 4

El Uglobal está dado por: U globlal =

1 1 1 X Ainox X poliu X Agalv + + + + hi he K Ainox K poliu K Agalv

U globlal =0,54

=

1 1 1 0,0006 m 0,06 m 0,0005 m + + + + w w w w w 10,35 2 22,91 2 15 ºC 0,035 ºC 52,5 ºC m m m m C m C

w m2 C

Ahora el calor por paredes y techo es: QParedesytecho = Aparedesytecho∗U global ∗( T a −T ) 2

QParedesytecho =246 m ∗0,54

w ∗( 29−13 ) ºC m2 C

J QParedesytecho =2122,30 =183366,94 KJ /dia s

3.3.2. CARGA POR SUELO El Uglobal está dado por: U globlal =

1 1 = X X X 1 1 0,01m 0,06 m 0,0005 m 1 1 + + + + + + Ainox + poliu + Agalv w w w w hi he K Ainox K poliu K Agalv 10,35 w 22,91 2 15 ºC 0,035 ºC 52,5 ºC 2 m m m mC m C

U globlal =0,55

w m2 C

Ahora el calor por suelo es: Qsuelo = Apiso∗U global ∗( T a−T ) 2

suelo=¿ 95,04 m ∗0,55

w ∗( 29−13 ) ºC 2 m C

Q¿

J Qsuelo =839,4 =72524,51 KJ /dia s

3.3.3. CARGA POR RENOVACION DE AIRE Se realizan 6 cambios de aire por día, entonces: QCambios Aire =V∗ºN Cambios∗f

Dónde: f

es Factores de cambio de aire; en nuestro caso es:

f =72,6 KJ /m3

(Manual de ingeniería. BOHN) Q Cambios Aire =318,5

m 3∗6 KJ ∗72,6 3 dia m

QCambios Aire =138738,60 KJ /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 =3931,2

BTU =4147,64 KJ /dia 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 de carros∗Qcarro∗t Qmc =3∗21000 BTU / h∗2h /dia

Qmc =126000

BTU =132937,04 KJ / dia 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=Luces ( watts )∗t Qilu=2400 w/h∗2 h/dia

Qilu=4800

w KJ =17280 dia dia

3.3.7. CALOR SENSIBLE PRODUCTO Qsensible P=M∗Cp banano∗( T inicial−banano−T ) Qsensible P=24600

kg kcal ∗4,44 ∗( 24−13 ) C 24 h C . Kg

Qsensible =1201464

kJ dia

3.3.8. CALOR SENSIBLE DE LAS CAJAS DE CARTÓN

Qsensible CC =M Totalcajas∗Cp cajas∗( T inicial −T ) La masa total de las cajas de cartón es: 1000cajas x 0,5 Kg = 500Kg Qsensible CC =500

kg kcal ∗1,57 ∗( 29−13 ) C 24 h C . Kg

Qsensible CC =12560

kJ dia

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=483

kg kcal ∗2,72 ∗( 29−13 ) C 24 h C . Kg

Qsensibles E =20853,33

kcal 24 h

3.3.10. CALOR DE RESPIRACIÓN Qrespiracion=M∗H Res

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=(24600 Kg

1Ton BTU )∗6,29 1000 Kg Ton

Qrespiracion=154,734

BTU =163,25 kJ /dia dia

3.3.11. CALOR TOTAL DE ENFRIAMIENTO

QT =Q pt +Qsuelo + QRA +Qop +Qmc +Qilu +Q s+Q sc +Q se +Q resp

QT =1784035,31

KJ dia

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 =1784035,31

KJ KJ KJ +178403,531 =1962438,84 dia dia dia

Suponiendo que el equipo de refrigeración opere 18 horas diarias se tiene que Kj dia Kj 1962438,84 =109024,38 18 h h dia

Convirtiendo a toneladas de refrigeración 109024,38 T ref =

12660

kj h

=8,61toneladas de refrigeracion

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 =246 m2∗0,54

w ∗( 29−13 ) ºC 2 m C

J QParedesytecho =2122,30 =183366,94 KJ /dia s

3.4.2. CARGA POR SUELO

Qsuelo = Apiso∗U global ∗( T a−T ) 2

suelo=¿ 95,04 m ∗0,55

w ∗( 29−13 ) ºC 2 m C

Q¿

J Qsuelo =839,4 =72524,51 KJ /dia s

3.4.3. CARGA POR RENOVACION DE AIRE Se realizan 1,8 cambios de aire por día durante el almacenamiento, entonces: QCambios Aire =V∗ºN Cambios∗f Dónde: f

es Factores de cambio de aire; en nuestro caso es:

f =72,6 KJ /m3

(Manual de ingeniería. BOHN) Q Cambios Aire =318,5

m 3∗1,8 KJ ∗72,6 3 dia m

QCambios Aire =41621,58 KJ /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∗1 h/dia

Q personas =655,2

BTU =691,27 KJ /dia 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=Luces ( watts )∗t Qilu=2400 w/h∗1 h/dia

Qilu=2400

w KJ =8640 dia dia

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.

Ahora: Qrespiracion=(24600 kg

1Ton BTU )∗3,71 1000 Kg Ton

Qrespiracion=91,27

BTU =96,29 kJ /dia dia

3.4.7. CALOR TOTAL DE ALMACENAMIENTO

QT =Q pt +Qsuelo + QRA +Q op +Qilu +Q resp QT =306940,59

KJ dia

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 =306940,59

KJ KJ KJ +30694,059 =337634,649 dia dia dia

Suponiendo que el equipo de refrigeración opere 18 horas diarias se tiene que Kj dia Kj 337634,649 =18757,4805 18 h h dia

Convirtiendo a toneladas de refrigeración 18757,4805 T ref =

12660

kj h

=1,481 toneladas de refrigeracion

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=127781,86

Kj h

Por tanto:

Q M refrigerante= evaporador = ( H 2−H 1 )

Kj h Kj ( 395−245 ) Kg 127781,86

M refrigerante=851,88

kg h

Seguidamente hallamos el trabajo del compresor dado por la ecuación: W compresor =M refrigerante∗( H 3 −H 2 )

W compresor =851,88

kg Kj ∗( 430−395 ) h kg

W compresor =29815,77

Kj h

Calculamos el COP del refrigerador Kj Q h COP= evaporador = =4,29 W compresor Kj 29815,77 h 127781,86

Calculamos potencia del compresor:

Po=

M R∗(H 3 −H 2) COP

851,88 Po=

kg ∗( 430−395) KJ / Kg h 4,29

Po=6957,01

KJ =2,591 HP h

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=127781,86

Kj h

Por tanto: Kj 127781,86 Qevaporador h M refrigeran te= = ( H 2−H 1 ) ( 360−260 ) Kj Kg

M refrigerante=1277,82

kg h

Seguidamente hallamos el trabajo del compresor dado por la ecuación: W compresor =M r efrigerante∗( H 3 −H 2 )

W compresor =1277,82

kg Kj ∗( 400−360 ) h kg

W compresor =51112,74

Kj h

Calculamos el COP del refrigerador Kj Q h COP= evaporador = =2,5 W compresor Kj 51112,74 h 1277 81,86

Calculamos potencia del compresor:

Po=

1277,82 Po=

M R∗(H 3 −H 2) COP

kg ∗(400−360)KJ /Kg h 2,5

Po=20445,10

KJ =7,61 HP h

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.

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