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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ

INGENIERIA MECANICA

TALLER DE INVESTIGACION 2 INFORME DE INVESTIGACION “REALIZAR UN PROTOTIPO ECONÓMICO Y VERSÁTIL CON CAPACIDAD PARA EL ENFRIAMIENTO DE 40 LT”

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CAMACHO ARANO ROGER ALEXIS CARDENAS BREITER KENNETH BRAYHAM LASTRA MORENO DANIEL EDOARDO OZUNA PACHECO VLADIMIRK RUIZ ZEBADUA JOSE ALBERTO

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Catedrático: MAY ARRIOJA FERNANDO ALFONSO Tuxtla Gutiérrez Chiapas a 16 de Noviembre de 2018

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INTRODUCCIÓN El siguiente informe de investigación describe la necesidad, por la cual se originó la idea de desarrollar el presente prototipo; así como la justificación que se desprende de darle solución al problema de la mejor manera, con los conocimientos adquiridos durante todo el tiempo que ha transcurrido el pregrado universitario en ingeniería mecánica; mediante la solución de unos objetivos propuestos para tal fin. En la producción de la región costa del estado de Chiapas, se nota la ausencia de tanques para conservación de leche en pequeñas rancherías productoras, que manejan animales bovinos, utilizados para la producción de leche, para que esta (leche) pueda cumplir los requisitos para el consumo humano y los procesos necesarios para garantizar la inocuidad de la misma. Es por ello que se propone elaborar un diseño de un tanque refrigerante de leche, con capacidad para 40 L. esto para los pequeños productores de dicha región, así mismo cuidar las propiedades de la leche para ser transportada a su destino y mantener la calidad de la misma.

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INDICE 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 6 2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................... 8 2.1 IMPACTO ECONÓMICO ......................................................................................... 9 3. OBJETIVOS .................................................................................................................. 9 3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................. 9 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 9 4. HIPÓTESIS.................................................................................................................. 10 5. ANTECEDENTES........................................................................................................ 10 6. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 12 6.1 PRINCIPIOS DE REFRIGERACION ...................................................................... 12 6.1.1 Ciclo básico de un sistema de refrigeración............................................................. 12 6.2 Etapas ................................................................................................................... 13 6.2.1 Etapa de Compresión .................................................................................................. 13 6.2.2 Etapa de Condensación .............................................................................................. 14 6.2.3 Etapa de Expansión ..................................................................................................... 14 6.2.4 Etapa de Evaporación.................................................................................................. 15 6.3 Válvula de succión y descarga ............................................................................ 15 6.4 Filtro deshidratador.............................................................................................. 16 6.5 Funcionamiento del deshidratador ..................................................................... 16 6.6 Mirilla..................................................................................................................... 17 6.7 Tubo capilar .......................................................................................................... 17 6.8 Funcionamiento de la válvula de solenoide ....................................................... 17 6.9 Mofle del compresor ............................................................................................ 18 6.10 Interruptor de baja presión de refrigerante ...................................................... 18 6.11 Interruptor de alta presión de refrigerante ....................................................... 18 6.12 Resistencia del Carter ........................................................................................ 18 6.13 Sensor de alto y bajo voltaje ............................................................................. 18 6.14 Equipos divididos.............................................................................................. 19 6.14.1 Partes de los equipos divididos ..................................................................... 19 6.14.2 Descripción de los equipos divididos............................................................ 19 6.14.3 Partes de la unidad manejadora ..................................................................... 20 6.14.4Tuberías de los equipos divididos .................................................................. 20 6.15 Termostato .......................................................................................................... 20 3

6.16 Unidades de ventana.......................................................................................... 20 6.16.1 Características de las unidades de ventana .......................................................... 20 6.16.2 Dispositivo de control de refrigerante ...................................................................... 21 6.16.3 Control eléctrico de los equipos divididos .............................................................. 21 6.17 COMPONENTES DEL TANQUE DE ENFRIAMIENTO ........................................ 21 6.17.1 Características de un tanque de enfriamiento. ...................................................... 21 6.17.2 Tipos de tanques de enfriamiento ........................................................................... 21 6.17.3 Descripción de un tanque de enfriado .................................................................... 22 6.17.4 Temperatura de enfriado ........................................................................................... 22 6.18 AGITADORES ..................................................................................................... 22 6.18.1 Tipos de agitadores.................................................................................................... 23 6.18.2 Tipos de rodetes ......................................................................................................... 24 6.18.3 Diseño del sistema de agitación .............................................................................. 25 6.18.4 Diseño del rodete ....................................................................................................... 25 6.18.5 Dimensionamiento y ubicación de la paleta en el tanque de refrigeración ....... 26 6.18.6 Selección del motor agitador .................................................................................... 26 6.18.7 Potencia mecánica del reductor............................................................................... 27 6.19 BOSQUEJO DEL MÉTODO ................................................................................ 29 7. DESARROLLO DEL PROTOTIPO ............................................................................. 30 8. RESULTADOS ............................................................................................................ 33 8.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................... 33 CONCLUSIONES ............................................................................................................ 34 FUENTES DE CONSULTA ............................................................................................. 35 ANEXOS ......................................................................................................................... 36

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INDICE DE ILUSTRACIONES. Ilustración 1: (Cordova, Proceso de ciclo de refrigeración, 2009)…………………........... 12 Ilustración 2. (Cordova, Diagrama de ciclo de refrigeración, 2009)…………………........ 13 Ilustración 3 (Cordova, Ciclo de Compresión, 2009)………………………………….…….13 Ilustración 4 (Cordova, Ciclo de Condensación, 2009)……………………………… ….....14 Ilustración 5 (Cordova, Ciclo de Expansión, 2009)………………………………………….15 Ilustración 6 (Cordova, Ciclo de Evaporación, 2009)……………………………………….15 Ilustración 7 (Ospino, Funcionamiento de una válvula de succión y descarga, 2016)….16 Ilustración 8 (Ospino, Dibujo de un Deshidratador, 2011)………………………………....17 Ilustración 9 (Ospino, Dibujo de una mirilla, 2011)…………………………………………19 Ilustración 10 (Ospino, Componentes de un Equipo Dividido, 2011)…………………….23 Ilustración 11 (Uribe, Diagrama de cuerpo libre de un agitador, 2013)……………….....24 Ilustración 12 (Uribe, Representacion de flujos: Radial, Axial y Tangencial, 2013)…….24 Ilustración 13 (Uribe, Direcciones de Velocidades sobre el Rodete, 2013)……………25 Ilustración 14 (Uribe, Tabla de Tipo de Rodetes, 2013)…………………………………..26 Ilustración 15 (Uribe, Diseño del Rodete, 2013)…………………………………………..27 Ilustración 16 (Uribe, Dimensiones del Rodete, 2013)……………………………….......27 Tabla 1 ( constantes KL y KT para el calculo de potencia)………………………………28 Tabla 2 (numero de potencia Np frente a NRe para turbinas de 6 palas)……………...29.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Cualquiera sea el procedimiento se extreman las precauciones higiénicas porque la leche se contamina y se altera fácilmente ya que toda clase de microorganismos prolifera dentro de ella causando alteraciones, por ejemplo, expuesta al aire, en menos de 24 horas se corta y produce muchas enfermedades como: aftosa, tuberculosis, brucelosis y tifus, que son únicamente transmitidas al hombre por intermedio de la leche. Los microorganismos pueden encontrarse en todo lugar: en los animales, en la gente, en el aire, en la tierra, en el agua y en la leche. Un producto lácteo de buena calidad, seguro para consumo humano, es el resultado de reconocidas prácticas sanitarias, pero al mismo tiempo y por su naturaleza es muy sensible a su descomposición, por eso se ha desarrollado todo un mundo de trabajo en torno a este tema; para hacer de ella una materia prima más de un día duradera desde el momento de su obtención. Un producto lácteo, cuando no es manejado de manera adecuada, es un excelente vehículo para la transmisión de enfermedades al hombre, tanto las de carácter zoonótico, como las ocasionadas por patógenos que se producen por la contaminación de los productos durante los procesos de obtención y transformación. Se constituye un excelente medio de cultivo para determinados organismos, sobre todo para las bacterias mesófilas y, dentro de éstas, las patógenas, cuya multiplicación depende principalmente de la temperatura y de la presencia de otros microorganismos competitivos o de sus metabolitos. Consumir un producto lácteo en estado crudo en una ciudad como la nuestra implica riesgos para la salud muy graves, debido a que el producto en estas condiciones puede estar muy contaminado. En caso de poseer una alta contaminación generada por la mala manipulación, por mantenerla al medio ambiente, o provenir de animales, este producto, al igual que muchos otros puede costar altos precios en la salud de quienes lo consumen. Es factible diseñar y construir un tanque para la conservación de dichos productos, que dé solución a los requerimientos de pequeños y medianos productores de la costa chiapaneca. Por su aporte nutrimental la leche es uno de los alimentos de mayor importancia en muchos países del mundo, es un alimento primario, universal

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para todas las edades; es uno de los más completos y maravillosos que la naturaleza ofrece al hombre. La mayoría enfrentan problemas de conservación debido a que las distancias que recorren a través de rutas recolectoras de leche son considerables, teniendo como consecuencia contaminación de la leche, aumento de acidificación y pérdidas por mermas en el transporte. Esto repercute en la recuperación económica, reflejándose en el aumento en costos de producción. De tal manera que una de las alternativas sea agrupar a estos productores y proporcionarles tanques enfriadores ubicados estratégicamente para mejorar la conservación y recolección. El equipo sugerido para contribuir a la solución de la problemática evidenciada se diseñó y ajusto a las condiciones de producción y manejo de la leche cruda en la región, el cual está formado por tres conjuntos constitutivos, así: ● Sistema de refrigeración: El sistema de generación de frío opera bajo el principio del ciclo de refrigeración, conformado por: unidad compresora, condensador enfriado por aire, difusor (evaporador) para operatividad en inmersión (el cual estará en contacto directo con la leche), motor reductor con aspa para agitación del fluido a enfriar, amén de la tubería y válvulas. ● Sistema de conservación: Sistema de conservación de frío, compuesto por un tanque isotermo, con capacidad para 40 L, de doble camisa y aislado en poliuretano, tanque y sistema de enfriado que marca la diferencia competitiva con los convencionalmente encontrados en el mercado, cuya capacidad mínima de almacenamiento es de 580 L, a costos que superan los $25.000.000, cifra numerosa para el modesto. ● Sistema de agitación: Los sistemas agitadores contienen una hélice o impulsores en el extremo o a lo largo de una flecha que se ubica en el centro del tanque, transversalmente o de forma excéntrica. Un tanque agitador puede contener una, dos o más flechas con una, dos o más hélices en cada flecha. ¿Será posible que con este proyecto se reduzca al mínimo las pérdidas económicas por la descomposición del producto lácteo y así mismo reducir el riesgo de contraer alguna enfermedad causada por el mismo?

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2. JUSTIFICACIÓN

El motivo fundamental sobre el cual se basó el estudio de investigación, se sustenta en la particularidad socio-económica y ambiental que se presenta en Chiapas, específicamente en la costa, principalmente en Mazatepec, Pijijiapan y Tonalá, en donde la economía especialmente agraria se genera en la producción ganadera, con un volumen aproximado de 450.000 L/día, convirtiéndose en la mayor fuente de ingresos lícitos de los campesinos. Las pérdidas de volumen y la frecuente necesidad de tirar cantidades considerables de productos lácteos en mal estado no aceptada por los compradores, así como la gran cantidad de faltantes para el productor, nos hicieron pensar en la necesidad de adoptar un sistema de enfriamiento para lograr una mejor conservación de la leche, además de poder llevar un control más higiénico para el transporte de la misma. Ya que son productores de un producto con alto riesgo de contaminación les interesa que tenga la menor cantidad de bacterias posibles para evitar el agriado y con ello la pérdida del producto y por otra parte, la salud del consumidor no correrá riesgos si la leche que toma está libre de gérmenes patógenos. Las bacterias que habitualmente se encuentran en la leche proceden de la ubre del propio animal, del ambiente en que éste vive, de los utensilios o equipos que se utilizan para efectuar el ordeño y manejar el producto después de ser extraída del animal y, por último, de las personas que atienden y ordeñan a los animales y manejan el producto. De este modo se pretende evitar, pérdidas en los ingresos de los productores ya que los compradores condicionan la compra de su producción láctea por la calidad de la misma. Durante el proceso productivo se presentan serios problemas sanitarios en la calidad microbiológica de la materia láctea, especialmente por el escaso o nulo proceso de cadena de frío desde su producción, lo que deriva en alteraciones físicas, químicas y microbiológicas de la leche, lo cual altera de manera significativa la calidad de la misma en detrimento de la salud de los consumidores

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2.1 IMPACTO ECONÓMICO La investigación tiene como objetivo, ahorrar dinero, tiempo y conservar la leche en su mejor estado. Mejorando la productividad y las ganancias.

3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL ➢ Realizar un prototipo económico y versátil con capacidad para el enfriamiento

de 50L y validación del desempeño de un equipo de refrigeración de leche cruda para pequeños productores de acuerdo a las condiciones de producción lechera de la zona ganadera.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ➢ Consultar con los productores de lácteos, sus requerimientos y posibilidades

con respecto a la demanda del producto (tanque de conservación). ➢ Investigar sobre estándares que se adapten a la necesidad de los pequeños

y medianos productores de leche en la región. ➢ Calcular la capacidad del tanque con respecto a la determinación de la

medida. ➢ Seleccionar el sistema de refrigeración que mejor se acomode a las

especificaciones del tanque. ➢ Construir el prototipo a escala real, con los elementos y materiales definitivos

para una posible producción en serie.

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4. HIPÓTESIS La utilización de tanques enfriadores por pequeños propietarios evitará pérdidas. Económicas por acidificación y mermas o bien por infección bacteriana del fluido.

5. ANTECEDENTES

La refrigeración como sistema de conservación alimentaria, especialmente del producto lácteo crudo no es un tema nuevo. La industria láctea tiene definida las condiciones de conservación de sus materias primas a través de tanques de almacenamientos con doble pared (enchaquetados), entre las cuales se hace fluir agua con temperatura de entre 2 y 4°C, la que por transferencia térmica mantiene dicho producto almacenado en condiciones óptimas de conservación. En el área de producción primaria las condiciones son diferentes; actualmente (para la zona de producción láctea, especialmente en jurisdicción de los municipios de la costa de Chiapas, por citar un ejemplo) la multinacional Nestlé ha provisto en sitios estratégicos en la zona lechera del Departamento tanques de refrigeración para el acopio de leche, los cuales tienen una capacidad de 850 L, atendiendo en promedio a ocho productores, con un costo de $ 250,000 c/u (Fuente: Gerencia Nestlé, Planta de Pre condensación). Situación poco ventajosa para la mayoría de los campesinos, tanto en lo económico, como en el hecho que hasta el momento es la única forma de refrigerar su producción láctea, pese a que tengan que trasladar su volumen de productos ganaderos a temperatura ambiente desde la finca al centro de acopio, para ser mezclada indiscriminadamente con los productos de otros campesinos de la región; de lo anterior se puede deducir que el único productor que posee sistema de refrigeración y que puede asegurar la calidad microbiológica de su producto lácteo por inicio inmediato de cadena de frío, es aquel a quien se le ubicó el tanque de refrigeración en su predio. Lo anterior no cobija a aquellos productores que abastecen de materia prima la agroindustria láctea regional, que se abastece de productos lácteos a temperatura ambiente, en algunos casos con más de 6 horas de ordeño y con recuentos de gérmenes totales de hasta 6.500.000 UFC/ml de carga inicial (según información 10

suministrada por transformador regional, con base en resultado de análisis de laboratorio), lo que pone en tela de juicio la calidad microbiológica de los productos terminados y por consiguiente la inocuidad de los mismos. En investigación aplicada a la problemática inmediatamente citada, se tendrán en cuenta los estudios de Corral (1976), quien realizó un estudio de factibilidad, diseño y construcción de un sistema de enfriamiento de leche y Luengas (1981), diseñó una unidad refrigeradora para recolección y transporte de leche cruda. En cuanto a revisión de patentes, investigadores como Ovalle (2001) presentó la inclusión de “Equipo de refrigeración de leche por inmersión”, consistente en la aplicación de frío por inmersión de la unidad evaporadora tipo serpentín (tubería) a través del cual se hace circular el gas refrigerante. También se puede mencionar el trabajo de Gutiérrez (2006) a quien le fue asignada revisión de patente a la solicitud “Equipo para disminuir microorganismos en productos lácteos en el ordeño para uso en hato ganadero empleando altos campos de pulsos eléctricos con corriente eléctrica de baja intensidad en combinación con enfriamiento rápido.

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6. MARCO TEÓRICO 6.1 PRINCIPIOS DE REFRIGERACION 6.1.1 Ciclo básico de un sistema de refrigeración Los componentes del circuito de refrigeración están unidos por tuberías flexibles, formando un circuito cerrado. Cuando el compresor está sin funcionar la presión está equilibrada en todo el circuito. Al poner el compresor en marcha el refrigerante impulsado por el compresor circula en el sistema, estableciéndose dos sectores: a. Sector de alta presión (amarillo/rojo) ubicado entre el compresor y la válvula de expansión. b. Sector de baja presión (morado) ubicado entre la válvula de expansión y el evaporador.

Ilustración 1: (Córdova, Proceso de ciclo de refrigeración, 2009)

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6.2 Etapas El proceso del ciclo de refrigeración consta de diversas etapas que son:

Ilustración 2. (Córdova, Diagrama de ciclo de refrigeración, 2009)

6.2.1 Etapa de Compresión El compresor es el encargado de aumentar la presión del fluido de entre 15 y 30 Kg/cm2 incrementando también la temperatura a 70ºC manteniéndose en estado gaseoso.

Ilustración 3 (Córdova, Ciclo de Compresión, 2009)

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6.2.2 Etapa de Condensación A la salida del compresor el refrigerante se encuentra en estado gaseoso a alta presión, pasando por el condensador que por el efecto del flujo de aire del extractor disminuye su temperatura hasta que alcanza el valor de condensación, pasando el refrigerante a estado líquido a alta presión. Durante el cambio de estado la temperatura y la presión del fluido permanecen constantes.

Ilustración 4 (Córdova, Ciclo de Condensación, 2009)

6.2.3 Etapa de Expansión El líquido llega a la válvula de expansión a elevada presión y temperatura produciéndose una reducción de forma brusca de ambas magnitudes a la salida de la válvula, pulverizando el fluido y quedando estabilizado al valor de baja presión y temperatura en estado líquido.

Ilustración 5 (Cordova, Ciclo de Expansión, 2009) 14

6.2.4 Etapa de Evaporación En estas condiciones el líquido refrigerante a baja presión entra en el evaporador sobre el que circula una corriente de aire caliente de aproximadamente 20ºC, dando energía a las moléculas del refrigerante que le provocan su ebullición y por tanto su cambio de estado de líquido a gas. La absorción del calor reduce la temperatura del aire que envuelve el evaporador y depositando parte de la humedad que contiene el aire. Este aire enfriado y deshumidificado es el que entra en el interior de la sala acondicionada.

Ilustración 6 (Córdova, Ciclo de Evaporación, 2009)

6.3 Válvula de succión y descarga La válvula de succión está situada en la parte inferior de la placa de válvulas y la válvula de descarga está colocada en su parte superior. Como el pistón se aleja de la placa de válvulas una presión más baja que la de succión es obtenida en el cilindro. La presión de succión forza la apertura de la válvula y permite al gas que proviene de la tubería de succión entrar al cilindro. A causa de que la presión de descarga es mucho más alta que la presión dentro del cilindro, la válvula de descarga es mantenida cerrada. En la carrera de compresión como el pistón se acerca a la placa de las válvulas una presión mayor que la de descarga se obtiene dentro del cilindro. Esta presión empuja la válvula fuera de su asiento y permite al gas contenido dentro del cilindro pasar al colector de descarga. A causa de que la presión dentro del cilindro es mucho más alta que la presión de succión, la válvula de succión es mantenida cerrada. 15

Ilustración 7 (Ospino, Funcionamiento de una válvula de succión y descarga, 2016)

6.4 Filtro deshidratador Es un elemento vital dentro del sistema de refrigeración. La ubicación de este elemento es a la salida del condensador y a la entrada del control de flujo. Este dispositivo deshidrata o elimina la humedad del refrigerante que circula dentro del sistema de refrigeración. Además, cuenta con un bypass para poder realizar el cambio del elemento de la piedra silica cuando le toque mantenimiento o ya esté muy saturada de agua. 6.5 Funcionamiento del deshidratador Filtra el refrigerante a través de una coladera y un cedazo que se encuentra en su interior. Entre estos se encuentra una solución química de pequeños granos de forma irregular llamados percilica y es la que se encarga de absorber la humedad que se produce en los cambios de estado del refrigerante. Esta sal de percilica va desintegrándose poco a poco a través del tiempo hasta convertirse en polvo.

Ilustración 8 (Ospino, Dibujo de un Deshidratador, 2011) 16

6.6 Mirilla Este es un elemento que sirve para observar cuando el gas refrigerante está circulando por el sistema en forma líquida. Algunos cuentan con indicador de humedad.

Ilustración 8 (Ospino, Dibujo de una mirilla, 2011)

6.7 Tubo capilar Es un dispositivo de control empleado más comúnmente en refrigeradores domésticos, comerciales y aire acondicionado. Este consiste en un tubo de cobre de cierta longitud (3.10 – 3.30 metros) que tiene un pequeño diámetro interior de 0.66 – 2.15 mm. Este siempre se instala después del deshidratador y antes del evaporador. a. Funcionamiento del tubo capilar Estos dispositivos tienen como objetivo proporcionar la restricción adecuada para el flujo correcto de gas refrigerante. Ósea que nos sirve como válvula de paso para regular la presión requerida, así como el volumen necesario en el evaporador.

6.8 Funcionamiento de la válvula de solenoide Su función principal consiste en cerrar o abrir para dar paso al refrigerante por medio de un termostato de control. Si el sistema sigue funcionando hasta que la presión baja al valor de ajuste del switch de baja presión, el sistema para por baja presión. Con dicha acción se evita que el evaporador quede inundado de líquido refrigerante y pueda ser “jalado” en el arranque provocando golpeteo de líquido en el compresor y se pueda dañar. Cuando el termostato de cuarto pide refrigeración, dicha válvula deberá abrir para permitir el paso de refrigerante al evaporador.

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6.9 Mofle del compresor Es un accesorio del sistema de refrigeración, que va conectado a la salida de la línea de alta presión del compresor y sirve para evitar la vibración o ruido que provoca la alta presión del compresor hacia la línea de alta presión que va al condensador. 6.10 Interruptor de baja presión de refrigerante Es un dispositivo que se utiliza para proteger al compresor, evitando que éste funcione con baja presión de refrigerante y pueda sufrir daños mecánicos debidos a una muy pobre lubricación (la presión de trabajo del refrigerante es de 50-80 psi y el ajuste del switch es de 30 psi). 6.11 Interruptor de alta presión de refrigerante Es un dispositivo que se utiliza para proteger al compresor, evitando que éste funcione con alta presión de refrigerante y pueda sufrir daños mecánicos, además de que pudiese dañar la tubería de alta presión o al mismo condensador (la presión de trabajo del refrigerante es de 200-280 psi y el ajuste del switch es de 350 psi). 6.12 Resistencia del Carter Es un dispositivo que va colocado en el cárter del compresor y sirve para calentar el aceite del compresor y así evitar que no sufra daños mecánicos dentro de este. 6.13 Sensor de alto y bajo voltaje Es un accesorio que está destinado a vigilar el nivel de voltaje de alimentación. Si éste es demasiado alto o bajo, el circuito de control del sistema de refrigeración quedará inhibido y no funcionará hasta que el voltaje se encuentre de nuevo en un valor aceptable.

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6.14 Equipos divididos

Ilustración 9 (Ospino, Componentes de un Equipo Dividido, 2011)

6.14.1 Partes de los equipos divididos Estos equipos están formados por dos unidades básicamente: 1.-Unidad manejadora 2.-Unidad de condensación. Además, cuentan con un tablero de control.

6.14.2 Descripción de los equipos divididos El serpentín de refrigeración de la manejadora se encuentra interconectado con la unidad de condensación por tubería. La unidad condensadora normalmente es por aire y ventiladores. La capacidad del compresor y la cantidad de ventiladores depende de la capacidad del equipo instalado.

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6.14.3 Partes de la unidad manejadora Está formada básicamente por los siguientes elementos: ● ● ● ● ● ●

Ventilador Motor de ventilador Poleas y bandas Serpentín del evaporador Filtro de aire fino y filtro de malla Filtro de aire exterior

6.14.4Tuberías de los equipos divididos Estas son dimensionadas en la fase del proyecto tomando en cuenta las siguientes consideraciones: ● Que no ofrezcan demasiada caída de presión. ● Que tengan buena velocidad de arrastre del aceite por todo el sistema de refrigeración ● Deben de tener la menor cantidad de trampas ● Ser fijadas y soldadas con seguridad y calidad.

6.15 Termostato Es un dispositivo de control de la temperatura de la sala que se va acondicionar en donde se puede ajustar la temperatura que se desee. El termostato, la función que desempeña es mandar una señal que de alguna manera le corte la alimentación al compresor para que este deje de trabajar y no continúe enfriando el sistema. 6.16 Unidades de ventana 6.16.1 Características de las unidades de ventana Estos equipos son de pequeñas dimensiones físicas. En el interior de su gabinete contienen el evaporador, compresor y condensador. Normalmente son instalados sobre la pared o la ventana y deben de contener en su instalación una charola de condensados con un drene para los mismos. Estos equipos normalmente se instalan en oficinas privadas, pequeñas residencias, habitaciones de hotel, etc.

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6.16.2 Dispositivo de control de refrigerante Estos equipos cuentan con tubos capilares a la entrada del evaporador, en lugar de válvula de termo expansión. Por medio de los tubos capilares se lleva a cabo la expansión, función que realiza la válvula termostática en los equipos que la tienen instalada. 6.16.3 Control eléctrico de los equipos divididos Consta de las siguientes partes: ● Un motocompresor hermético de una potencia que depende del tamaño del equipo ● Un motor del condensador ● Un motor para realizar la función de una manejadora de aire ● Timer ● Interruptores de presión para protección del equipo ● Un termostato de cuarzo con posición de ventilador en la cual no funciona la refrigeración, posición de frío en donde funciona ventilación y refrigeración y fuera. Los interruptores de presión están destinados a la protección del equipo por alta o baja presión (no todos los equipos lo tienen).

6.17 COMPONENTES DEL TANQUE DE ENFRIAMIENTO

6.17.1 Características de un tanque de enfriamiento. Generalmente fabricado en acero inoxidable y utilizado todos los días para conservar en buenas condiciones la sustancia contenida; éste debe ser cuidadosamente lavado tras la recolección.

6.17.2 Tipos de tanques de enfriamiento El productor tiene la opción entre tanques abiertos (de 150 a 3000 L) y cerrados (de 1000 a10.000 litros), ya sea de expansión directa o de reserva de agua congelada. El precio puede variar de mucho, según las normas de fabricación y si el tanque es comprado nuevo o de segunda mano.

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En los sistemas de expansión directa, el producto es enfriado por placas que están en contacto directo con la tina interior del tanque. Con el sistema de reserva de agua congelada, es enfriada cuando el agua congelada pasa por la pared interna del tanque. Están concebidos para ser instalados en el exterior, cerca del tambo. Todos los sistemas de comando y la entrada y salida se encuentran en un ambiente cubierto y cerrado.

6.17.3 Descripción de un tanque de enfriado El tanque de refrigeración se encarga del acondicionamiento del aire que es el proceso que enfría, limpia y circula el aire, controlando, además, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultánea. Enfriar significa eliminar calor y evitar que la leche se corte, logrando así contrarrestar enfermedades y mejorando la calidad del producto.

6.17.4 Temperatura de enfriado La temperatura normal de depósito de enfriamiento es de 3 o 4 ºC. Lo ideal es conservar el tanque a 12 ºC de este modo, las características de del contenido estarán mejor preservadas.

6.18 AGITADORES La finalidad de la agitación es asegurar la homogenización de una sustancia a una temperatura uniforme en todo el volumen. Están provistos de un eje vertical conectado con un motor que se encuentra en la parte superior, y un rodete en la parte inferior. La velocidad de agitación debe estar comprendida entre 20 a 25 rpm, con el fin de no alterar la composición química, El tipo de rodete determina el modelo de flujo en el sistema, dando lugar a que el fluido circule a través de todo su volumen y eventualmente retorne al rodete.

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Ilustración 10 (Uribe, Diagrama de cuerpo libre de un agitador, 2013)

6.18.1 Tipos de agitadores Los agitadores se dividen dependiendo del tipo de corriente que se produce en el fluido y son: ▪ Agitadores de flujo axial: generan corrientes paralelas al eje del agitador. ▪ Agitadores de flujo radial: generan corrientes en dirección tangencial o radial al eje del agitador.

Ilustración 11 (Uribe, Representación de flujos: Radial, Axial y Tangencial, 2013)

En tanques con agitación actúan tres tipos de velocidades: ▪

Velocidad radial: actúa en dirección perpendicular al eje del rodete. 23

▪ ▪

Velocidad longitudinal: actúa en dirección paralela al eje. Velocidad tangencial o rotacional: actúa en dirección tangencial a la trayectoria circular descrita por el rodete.

Ilustración 11 (Uribe, Direcciones de Velocidades sobre el Rodete, 2013)

6.18.2 Tipos de rodetes

Ilustración 13 (Uribe, Tabla de Tipo de Rodetes, 2013) 24

6.18.3 Diseño del sistema de agitación Una vez que se haya obtenido el tanque, se determinaran las características del sistema de agitación.

6.18.4 Diseño del rodete De acuerdo a lo planteado anteriormente, se analizó el tipo de rodete según la aplicación a usarse. Para tanques de capacidad media-baja, y velocidades entre 15 a 150 rpm, el rodete más adecuado es el de palas verticales debido a que genera movimientos de tipo radial y tangencial. Para asegurar la mezcla entre la leche ubicada en el fondo del tanque, con la que se encuentra en la superficie, se añadieron detalles ubicados en sentido contrario en cada uno de los extremos del rodete, como lo demuestra en la siguiente figura.

Ilustración 14 (Uribe, Diseño del Rodete, 2013)

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6.18.5 Dimensionamiento y ubicación de la paleta en el tanque de refrigeración Las dimensiones y ubicación del agitador fueron dispuestas en base a cálculos obtenidos de datos bibliográficos, tomando como valores conocidos, el ancho interno del tanque (Wint) y la longitud de la paleta: lrodete= 320mm

Ilustración 15 (Uribe, Dimensiones del Rodete, 2013)

Para poder determinar la altura y el ancho de las palas planas se usaron las proporciones típicas en base a los datos conocidos: ▪ hrodete=13*wint. ▪ hrodete ≈ 133.33mm. ▪ wrodete = 15*Irodete. ▪ Wrodete= 64mm.

6.18.6 Selección del motor agitador Se considera muy importante el cálculo de la potencia del motor que se requerirá para mover el sistema de agitación y además la fuerza que se requerirá para agitar dicho fluido a velocidades entre 20-30 rpm, recomendadas para tanque de refrigeración de leche. Este rango es debido a que, si la velocidad fuera menor, la composición química del fluido no sería uniforme y no se lograría una buena agitación previniendo la congelación en la parte inferior del tanque donde se encentra instalado el

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evaporador, si la velocidad fuera superior, las propiedades químicas de la leche fueran alteradas.

6.18.7 Potencia mecánica del reductor. La potencia requerida se calcula dependiendo si el flujo es laminar o turbulento, para esto es necesario calcular el número de Reynolds. 𝑁𝑟𝑒=𝐼𝑟𝑜𝑑𝑒𝑡𝑒2∗𝑛∗⍴𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒/μ𝑙𝑒𝑐ℎ𝑒 Dónde: ▪ Nre: número de Reynolds. (Adimensional) ▪ n: velocidad de agitación. (rad/s) ▪ μleche: viscosidad dinámica de la leche (kg/m*s) ▪ Nre=111,429*10^3 ▪ Nre