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REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS COD. 201062

PROYECTO FINAL

JOSE A ARANDA 94270410

DICIEMBRE 12 DE 2011

CAMARA FRIGORIFICA PARA ALMACENAMIENTO DE MANGO

INTRODUCCION Tanto la materias primas como los productos frescos desde su recolección hasta su consumo pasan por una serie de etapas que implican un tiempo, con lo que se constituye una fase de almacenamiento más o menos larga cuyas condiciones son muy importantes para mantener las condiciones optimas del alimento. La conservación es pues una lucha contra la degradación de los alimentos que busca mantener las características organolépticas naturales de los alimentos, evitando problemas como enranciamientos, descomposición, lipolisis, alteraciones de la textura, pérdida de color y deterioro del producto en general. El frío es una técnica de conservación de los alimentos en la que se detiene o ralentiza la actividad celular, las reacciones enzimáticas y el desarrollo de los microorganismos. Alarga la vida de los productos frescos, las plantas y los animales mediante la limitación de su alteración celular, no destruyendo los microorganismos o toxinas, pues estos microorganismos pueden reanudar sus actividades en el momento que retornen a una temperatura favorable. Es de vital importancia que los ingenieros de alimentos conozcan cada uno de los efectos que la aplicación de frio trae sobre la conservación de los alimentos pues esta constituye uno de los aspectos más importantes a nivel de las industrias de alimentos. No obstante los profesionales egresados de la UNAD deberán estar en capacidad de sortear situaciones y aplicar conocimientos adquiridos con el fin de dar solución a problemáticas frecuentes en la industria de alimentos.

GENERALIDADES El mango es una fruta tropical cuyo nombre científico es “Mangifera Indica ”, originario de la India aunque también es originario del Sudeste Asiático, lugares en los cuales ha sido cultivado por más de 4000 años. Al igual que en otras frutas y vegetales el clima es de vital importancia en la planta de mango, es decir los árboles localizados en lugares que tengan clima caliente y seco producirán más rápido que aquellos lugares que tengan un clima templado y húmedo CAMARA FRIGORIFICA La posibilidad de ofrecer los frutos durante un período más largo tiene una importancia alimenticia y económica muy grande. Para ello se almacenan los productos en cuartos frigoríficos a temperatura apropiada que permite ofrecerlo al consumidor mucho tiempo después de la cosecha. Hay tablas que indican a qué temperatura y humedad relativa y cuál es el tiempo máximo que es necesario mantener cada uno antes de enviarlos al mercado. Cámaras frigoríficas de aire controlado (Atmósfera Controlada) Disminuyendo la proporción de oxígeno en el aire de la cámara, disminuye el ritmo de "respiración" de la fruta y ello permite prolongar el tiempo que la fruta permanece en el frigorífico. Uno de los métodos es reducir el oxígeno a 1%, remplazando el faltante con nitrógeno (gas inerte) y manteniendo constante el porcentaje de CO 2. Firmas especializadas venden equipos apropiados que cambian la composición de la atmósfera de la cámara y controlan que no varíe durante todo el tiempo hasta la apertura. De esta forma se puede mantener la venta de manzanas y peras hasta la cosecha del año siguiente. En las publicaciones consultadas hay referencia a diferentes fórmulas y equipos que se aplican a otros frutos con el objeto de exportar en contra estación en contenedores con aire tratado, en barco, frigoríficos. Enfriamiento rápido A medida que baja la temperatura, la actividad de las bacterias disminuye y también el ritmo de respiración, por eso es importante llegar en el menor tiempo a +/- 10 °C. En el caso de peras y manzanas se permite llegar en 24 horas pero en muchos casos es necesario llegar más rápido. EQUIPO DE REFRIGERACION El equipo de refrigeración comprende un compresor de gas movido por un motor eléctrico, un intercambiador de calor con un caño en forma de zigzag llamado condensador, otro con caño en forma de serpentín llamado evaporador y una válvula de expansión, todos interconectados por caños de cobre formando un circuito cerrado. En el interior de la cañería se introduce el gas refrigerante por medio de una válvula. El compresor y el condensador están fuera de la cámara frigorífica mientras que la válvula de expansión y el evaporador dentro de la cámara, generalmente sobre el marco de la puerta de entrada. Al trabajar el compresor eleva la presión del gas que llega caliente de la cámara por las calorías que tomó de los productos almacenados. Cuando el gas llega a

los valores de presión y temperatura previstas le corresponde al gas pasar por el condensador a la fase liquida emitiendo calor latente de fusión. El condensador está provisto de aletas que transmiten el calor que pasa por las paredes del caño al aire. Si es necesario se instala un sistema de lluvia de agua en circuito cerrado que ayuda a disipar el calor. El largo del serpentín está calculado para que el gas licuado salga del condensador a temperatura ambiente. Pasa entonces por la válvula de expansión, ya en el interior de la cámara, y pierde presión. Al llegar al evaporador el gas esta frío y sin presión. le corresponde volver a su estado gaseoso. Necesita calor latente de evaporación. Éste lo toma del caño de cobre que por ello se enfría y este a su vez toma calor del aire. Con ayuda de un ventilador se establece una corriente de aire caliente de la cámara que pasa por el serpentín del evaporador entregando calorías del aire y de los productos almacenados.

FACTORES DETERMINANTES EN LA CONSERVACION DE MANGO Transporte y conservación de alimentos. D u r a nt e a l t r a n sp o rt e a s í c om o d u ra n t e l a c o n se r va c i ón de l o s a l i m e nt o s se de be mantener permanentemente la temperatura de los productos en la banda deseada. Esto es fundamental para mantener a d e c u a d a m e n t e l a s c a r a c t e r í s t i c a s f í s i c a s y microbiológicas de los alimentos. Durante la conservación y transporte inadecuados de los productos alimenticios se puede producir diversos tipos de alteraciones: Proliferación microbiana Si durante el transporte o conservación del producto suben las temperaturas, aunque sea por un periodo corto de tiempo, se vuelven a reactivar los microorganismos presentes, dando lugar a un deterioro microbiológico del alimento. Alteraciones enzimáticas Que producen desnaturalización de l a s p r o t e í na s y d e s c o m po s i c i ó n de l a s gr a s a s , e s t a a c t i vi da d e n z i m á t i c a e s consecuencia del desarrollo de microorganismos que se reavivan al subir la temperatura de almacenamiento o transporte. Desecación de los productos (Perdida de humedad), que se puede evitar con una buena congelación ultrarrápida y una conservación y transporte en adecuadas condiciones. Los productos mejor envasados conservan mejor la humedad. Perdidas de color y perdida de vitamina C En almacenamientos muy p r o l on ga d o s s e p u e d e p r od uc i r pe r di da de c ol o r y d e vi t a m i n a C c o m o c o n s e c u e n c i a d e l a l u z y e l a i r e . P o r e l l o s i e m p r e s e a c o n s e j a l a conservación de los productos envasados y al abrigo de la luz. Las pérdidas de vitamina C se puede recuperar en algunos casos el 20% del total cuando además, las temperaturas son altas en el almacenamiento y transporte.

Relación tiempo – temperatura. Cuando más baja es la temperatura de almacenamiento, mayor es la duración del producto. Etileno El etileno es un hidrocarburo (C2H4) que una hormona exhala en determinados frutos en forma brusca al comenzar la maduración e influye acelerándola y dando características particulares de color y textura. Esos frutos son llamados climáticos. Calidad inicial del producto Aunque la conservación y transporte se hagan en las debidas condiciones, si el producto no era de calidad, no se pueden pedir milagros. EFECTO DE LA FRIGO CONSERVACIÓN La conservación de los frutos a bajas temperaturas influye en diferentes procesos biológicos como son: Respiración: La respiración es el principal proceso de deterioro de los frutos, el mismo es atenuado por la baja temperatura, que logran disminuir la tasa respiratoria y la pérdida excesiva de agua, así como la velocidad de las reacciones bioquímicas y enzimáticas. La velocidad d e re s pi ra c i ó n d e un f r ut o s e r e d uc e a l a m i t a d po r c a da 10 º C e n q ue d i s m i n u ye l a temperatura. E n l o s f r ut o s c l i m a t é ri c o s c om o e l m a n go , l a s t e m pe ra t ur a s a l t a s de m á s de 40 º C muestran un incremento en la actividad respiratoria, por el contrario, temperaturas bajas Menores de 13ºC disminuyen su respiración y prolongan su vida de anaquel. Deshidratación: La s pérdida s de peso en l os f ruto s se incrementan c omo c o n s e c u e n c i a d e l a t ra n s pi ra c i ó n d e s pu é s de l a c o se c ha y s i gn i f i c a u n a di sm i nu c i ó n d e l a c a l i da d y aceptabilidad, estas pérdidas suelen ocasionar mermas superiores al 5% durante la comercialización, al 7 % en la conservación frigorífica durante tres meses y posterior comercialización.

Pérdida de la calidad y senescencia: En la post-cosecha, los frutos evolucionan hacia la senescencia con pérdidas de calidad, ablandamiento, pérdida de acidez, vitamina C y características organolépticas (sabor y comestibilidad). La velocidad de reacción de los procesos metabólicos, que llevan a la pérdida de calidad se duplica por cada 10ºC de aumento de la temperatura y en el rango de 0 a 10ºC puede llegar incluso a sextuplicarse. Podredumbres: La aplicación del frío disminuye los riesgos de aparición y desarrollo de ciertos agentes causantes de alteraciones como bacterias, hongos y levaduras .Aunque es importante s e ñ a l a r q ue p u e d e di s m i n ui r l a a c c i ó n de l o s m i c r o o r ga n i sm o s , pe r o n o i n hi be l a germinación de esporas de los patógenos que contaminan a las frutas. Para reducir la incidencia de alteraciones patológicas durante el almacenamiento

frigorífico se deben tomar una serie de medidas higiénicas y profilácticas que van desde evitar el máximo de heridas y golpes en la recolección y transporte al almacén, pasando por una periódica l i m p i e z a y d e s i nfe c c i ó n de l a s c a j a s de c a m p o , l í n e a d e m a ni p ul a c i ó n , a l m a c é n y cámaras frigoríficas y se completan con un tratamiento fungicida aplicado a la propia fruta.

VARIABLES MANEJABLES DURANTE LA FRIGO CONSERVACIÓN. Los factores que determinan el éxito del almacenamiento son la temperatura, humedad relativa y la composición de la atmósfera que rodea al fruto. Temperatura La temperatura constituye una de las variables más importante para la conservación de los productos hortofrutícolas. Siendo necesario el control de esta en los locales de almacenamiento, ya que a medida que disminuya la temperatura, se retarda la pérdida de calidad de los frutos. Sin embargo, existen limitaciones en cuanto a las temperaturas mínimas que pueden aplicarse en la Frigo conservación. D e n t r o d e e s t a s l i m i t a c i o ne s s e e nc ue n t r a l a t e m p e ra t u ra d e c o n ge l a c i ón d e l o s p ro d uc t o s ho r t o f r ut í c ol a s . Lo s f r ut o s y ve ge t a l e s pa ra c o n su m o e n f re sc o , de be n mantener activo su metabolismo y esto solo puede conseguirse en fase líquida, por lo no pueden ser sometidos a temperaturas inferiores a las de congelación que oscilan entre 0ºC y - 1.5ºC. La segunda limitación es que algunos de los productos de origen tropical y subtropical, presentan sensibilidad a las bajas temperaturas que se manifiesta por diferentes alteraciones y manchas en la piel, conocidas generalmente como lesión o daño por frío y que pueden causar una alta pérdida de calidad comercial. Humedad relativa Para evitar la deshidratación junto con el empleo de las temperaturas bajas se utilizan humedades relativas elevadas. La humedad relativa adecuada para un determinado producto dependerá de la relación superficie/volumen de éste. A medida que esta relación es mayor, la transpiración también lo es. Un valor de la humedad relativa entre85 –95 % es lo aconsejable para lograr el objetivo de la conservación (Guerra, 1996).Durante la conservación frigorífica el control de la humedad relativa constituye un a s p e c t o f u n d a m e n t a l p a r a d i s m i n u i r l a s p é r d i d a s d e a g u a . E l u s o d e s i s t e m a s electrónicos de control y boquillas de pulverización cuarzo permiten una perfecta nebulización con un costo razonable. Renovación y circulación del aire en las cámaras frías. La r e n o va c i ó n y c i r c ul a c i ó n de l a i re e n l a s c á m a ra s f r í a s s o n f u n da m e nt a l e s pa ra m a nt e ne r e n l o s ni ve l e s a de c u a do s l a c o nc e n t ra c i ó n d e O 2 y C O 2 . La r e n o va c i ón periódica de la atmósfera se justifica por la necesidad de eliminar los gases y volátiles indeseables que se producen, mucho de ellos derivados de la actividad metabólica de los frutos. La recirculación es necesaria para uniformar las condiciones deseadas en todos los puntos de las cámaras, siendo necesario estibar y almacenar la carga, para que el aire recircule por todos los alrededores de la

unidad. L a v e l o c i d a d d e r e c i r c u l a c i ó n d e a i r e m e d i a n t e v e n t i l a d o r e s d e b e p e r m i t i r u n movimiento débil y continuo del aire dentro de la cámara, sin sobrepasar la velocidad e nt re p a l l e t s , p e r m i t i e n d o a s í u n a u n i fi c a c i ó n de l a a t m ó s fe ra de l a c á m a ra y l a eliminación de los productos volátiles que la fruta desprende. Para sacar el mayor provecho del almacenamiento en el frigorífico de frutas como el mango, hay que realizar correctamente operaciones previas en la cosecha y post cosecha en resumen podríamos hablar de una aplicación integral de BPA (Buenas Prácticas Agrícolas) y BPM (Buenas Prácticas de Manufactura) de la mano con un programa HACCP. Cosecha El fruto debe ser cosechado al comenzar el período de maduración para que le quede, después de enfriado, el tiempo necesario para el empaque y las etapas de comercialización y al consumidor le llegue días antes de la completa maduración. Durante la cosecha se debe evitar que el fruto reciba golpes. En fincas grandes el cosechador deposita el fruto en una bolsa de tela que lleva adherida a la cintura. Cuando está llena vuelca el contenido en cajones, situados entre las filas de los árboles, que pueden contener 300-400 kg de fruta. También es posible que el cosechador deposite el fruto unidad por unidad a los cajones evitando asi golpes irreversibles ocasionados muchas veces por las bolsas. Los cajones que en el pasado eran de madera y ahora generalmente de plástico, son de diferentes medidas. Un modelo es de 1,60 x 1,05 m y 0,60 m de alto y otro 1,12 x 1,12 m y 0,80 m de alto, y tienen patas que encajan en el marco superior de un cajón inferior formando estibas. Un tractor, que tiene montado a la toma de fuerza hidráulica un aplique que lo transforma en un montacargas elevador, lo transporta a un camión y éste al patio techado del frigorífico. En fincas pequeñas el cosechador lleva una caja de plástico para 20 kg. Cuando la llena, la lleva a un techado formando estibas y un camión las transporta al frigorífico. El daño a los tejidos por golpes o caídas no se notan en el momento pero el tejido dañado es atacado por bacterias y al poco tiempo se pudre, lo que daña a los frutos que están en la cercanía. En otros casos aparecen manchas en la piel. Post Cosecha Cuando el lote está programado para permanecer en el frigorífico muchos meses o está destinado a la exportación, este es inmediatamente tratado en un Drencher o bañera de agua con productos fitosanitarios de fumigación y tratamiento de heridas específicos, para facilitar así su posterior conservación de larga duración en las, evitando así que la podredumbre o la infección por tierra del campo entre en contacto durante todos estos meses con el propio fruto. Las cámaras frigoríficas de larga duración también son conocidas como de Atmosfera Controlada, ya que esta se encuentra totalmente cerrada al exterior y presurizada con lo que sus aires internos están controlados mediante válvulas y valores relativos de humidad y temperatura conectados a ordenadores industriales.

LA CAMARA FRIGORIFICA PARA ALMACENAR MANGO

Es un método de conservación con el frío que ayuda a mantener las características organolépticas de los FRUTOS por un mayor tiempo del que se lograría al medioambiente, pero sin que se logre mejorar la calidad el producto final. DISEÑO La cámara tendrá un diseño compacto rectangular, la paredes estarán montadas sobre rieles que permiten solo en caso de ser necesario (inspección sanitaria, lavado general, descargue rápido, etc.) deslizarlas permitiendo una apertura panorámica de la cámara, la puerta frontal contara con sistema de cerrado y apertura de sensor infrarrojo que permitirá tener “manos libres” facilitando el trabajo de los operarios además de dejar a un lado las cortinas convencionales plásticas que constituyen un foco de contaminación y permiten el intercambio de calor con los alrededores. Contara también con termostatos digitales exteriores e indicadores de humedad. DIMENSIONES DE LA CAMARA FRIGORIFICA La cámara tendrá unas dimensiones de 7.3 m de ancho, 8.2 m de largo y una altura de 2.0 m lo cual permitirá almacenar 9600 kg de mango verde. Almacenamiento En canastillas de 0,4*0.6*0.3 metros con capacidad para 30 kg, montadas en estibas de pvc inyectado del siguiente modo 20 canastillas por estiba siendo la cámara con capacidad para 16 estibas separadas a 1.0 m entre hileras y a 0.5 Lo cual permitiría además de facilitar su manipulación una refrigeración homogénea, un cargue y descargue mas rápido de las canastillas lo cual evitaría que las cargas externas de calor por ingreso y permanencia de los operarios sean mayores. Materiales de construcción La Cámara estará construida de paneles prefabricados de acero (isopaneles), los cuales están constituidos por un núcleo de poliuretano inyectado “in-situ” entre dos láminas preformadas de acero galvanizado, prepintadas con dos capas de poliéster blanco, material resistente a la sal, este panel está formado como un sándwich.

El cuarto frigorífico tendra piso, paredes y techo recubiertos con varias capas de material plástico aislante y entre ellas una chapa metálica para impedir la filtración de humedad (vapor de agua). Sala de máquinas incluye: Compresor y su motor eléctrico, condensador con ventilador para enfriarlo, (cabe señalar que no siempre se encuentra al interior de la sala de máquinas debido a que debe liberar gran cantidad de calor, conforme la magnitud de la instalación) generador y compresor de emergencia capaz de mantener la temperatura reinante en los cuartos en

caso de falla del equipo o de la corriente o desperfecto del compresor, tablero de mandos de la maquinaria y la iluminación. Cálculo y selección del Aislamiento. El aislamiento tendrá los siguientes espesores: • Paredes: 8 cm • Puertas 8 cm • Techo 9 cm Cálculo de la Carga Frigorífica Los datos necesarios para el diseño de la cámara de refrigeración son los siguientes: El peso del producto es importante para el dimensionamiento de los equipos. A mayor cantidad de producto trabajado se necesitará un equipo de mayor capacidad para poder enfriarlo. La temperatura del producto y la temperatura a la cual deseamos enfriarlo. Cuanto mayor sea la temperatura inicial mayor será la necesidad de capacidad frigorífica (mayor capital) y de consumo energético (costos de operación). Es por esto que proteger al producto llevándolo a la sombra lo antes posible no sólo evita el deterioro, sino que también ahorra pesos en la factura de electricidad. De igual manera cuanto menor sea la t e m p e r a t u ra a l a c u a l q u e re m o s l l e va r a l pr o d uc t o , m a yo r s e r á e l r e q ue r i m i e nt o frigorífico. La velocidad a la cual deseamos enfriar. A mayor velocidad, mayor requerimiento de capacidad frigorífica. Aunque lo ideal es enfriar lo más rápido posible es necesario encontrar una solución de compromiso entre velocidad y necesidad de inversiones de capital para alcanzar dicha velocidad. El método de pre-enfriado, como veremos más adelante, será además limitante de la velocidad de enfriamiento. El calor específico depende de la especie, variedad y hasta cierto punto puede depender de las condiciones de cultivo, pero en general no es posible manejarlo. Datos para el cálculo de la carga frigorífica Temperatura exterior promedio [Tm] 32 °C 90°F Temperatura de almacenamiento [TA] 13 °C 55.4 °F Temperatura inicial de la fruta [Ti] 20 °C 68 °F Temperatura de bulbo húmedo [TWB] 10.83 °C 51.5°F Humedad relativa de almacenamiento [HRA] 85-95 % 85-95 % Humedad relativa del medio [HRM] 80 % 80 % Calor de respiración del mango [lr] 2440 Kcal/TM/dia 8800 BTU/TM/dia Calor específico del mango [c] 15.96 Kcal/Kg/°C 0.85 BTU/lb/°F

Calor latente del mango [cl] 64.98 Kcal/Kg 117 BTU/lb La carga frigorífica será igual a la suma del calor producido por: • Aportes Internos • Aportes externos • Aportes misceláneos Selección del Refrigerante El refrigerante HCF – 134a tiene un temperatura critica que es igual a 101.08 °C, superior a la temperatura de condensación (determinada en el siguiente capítulo) y de la misma forma la temperatura de evaporación es mayor a la de ebullición del refrigerante (-26.6 °C) as la presión atmosférica. Entonces el refrigerante a ser seleccionado por las razones antes expuestas será el HCF – 134a. CÁLCULO DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN Determinación de la temperatura de condensación Para determinar la temperatura de condensación se partirá del dato conocido de la temperatura ambiente, entonces para condensadores enfriados por aire, la temperatura de condensación tendrá un ΔT mayor a la temperatura media en el rango de 10 a 15 °C. TCONDENSACIÓN = TMEDIO + ΔT TCONDENSACIÓN = 45 °C Determinación de la temperatura de evaporación. El factor a considerar para la selección de la temperatura de evaporación es la humedad relativa a la que se deberá encontrar el medio a enfriar. En este caso con una humedad relativa de 85% para evaporadores de tubos con aletas, la diferencia de temperatura recomendada varía entre 7 y 8 °C. T EVAPORACIÓN = T ALMACENAMIENTO - ΔT T EVAPORACIÓN = 13 °C – 8 °C T EVAPORACIÓN = 5 °C

CONCLUSIONES  A pesar de que la inversión inicial es elevada esta se ve compensada con la disminución en la perdida de producto.  En Colombia gran parte de la producción de mango se pierde, pudiendo ser tratada y exportada a otros países.

 El equipo a ser instalado debe tener una capacidad de 11 toneladas de refrigeración  Del correcto diseño de las cámaras de refrigeración depende el éxito de la conservación.

BIBLIOGRAFIA



PITA EDWARD, “Principios y Sistemas de Refrigeración”, Editorial Limusa, Primera Edición en Español, México 1991



AVILAN LUIS, ALVAREZ CARMELO, “El Mango”, Editorial América, Primera Edición, Chacaito Caracas Venezuela, 1990

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MODULO REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS.

CIBERGRAFIA    

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_frigor%C3%ADfica http://www.mango.org/media/55759/manejo_de_%20la_maduraci%F3n_del_ma ngo.pdf http://www.usmef.org.mx/USmeat2/Paginas/inicio.php?accion=procesos_congel acion http://www.marearoja.cl/spip.php?article320