diseño de instalación frigorifica
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Departamento De Ingeniera AgroindustrialPRODUCCIN DE FRO
TRABAJO FINAL:
DISEO DE UNA INSTALACIN FRIGORIFICA PARA
ALMACENAMIENTO DE MANZANA
PROFESOR:
Rosa Guadalupe Szymanski Duque
PRESENTAN:
Cruz Moreno Aurora
Flores Cruz Mara Luisa
Trejo Prez Oswaldo
Vega Martnez Daniel
Chapingo, Mxico, a 21 de Noviembre de 2012
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CONTENIDO
FASE TERICA:
I.- INTRODUCCIN Y OBJETIVOSII.-REVISIN BIBLIOGRFICA O MARCO DE REFERENCIA:
a) Uso e importancia del fro en el mundo y en Mxico
b) Importancia mundial y nacional de la manzana
c) Uso e importancia del fro en el almacenamiento de manzana
d) Descripcin del proceso a nivel diagrama de bloques
e) Indicadores Tcnicos utilizados en el diseo
FASE PRCTICA:
III.- DISEO DE INSTALACIONES:
a) Caractersticas de la instalacin (ubicacin, medidas, aislantes, distribucin
de reas en la instalacin frigorfica, servicios, etc.)
b) Clculo de la carga trmica (hoja de clculo Excel impresa)
c) Evaluacin Termodinmicad) Seleccin y diseo de equipo
e) Planos y diagramas (distribucin de reas solamente de la cmara
frigorfica y DTI del sistema de refrigeracin)
f) Estimacin econmica
IV.- CONCLUSIONES
V.- BIBLIOGRAFA
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DISEO DE UNA INSTALACIN FRIGORFICA PARA
ALMACENAMIENTO DE MANZANA
FASE TEORICA
I. INTRODUCCIN Y OBJETIVOS
INTRODUCCIN
El presente escrito es la culminacin del curso de produccin de frio y rene
conocimientos adquiridos en el mismo, tales como, la termodinmica del
funcionamiento de los sistemas de produccin de frio, funcin de cada uno de los
componentes del ciclo frigorfico y los parmetros a considerar para el diseo de
una instalacin frigorfica, etc. Todo lo anterior se pretende plasmar en el siguiente
proyecto Diseo de la instalacin frigorfica para almacenamiento de manzana
misma que se pretende ubicar en Ciudad Cuauhtmoc, Chihuahua. Los motivos
de la eleccin del producto radican en que la manzana es uno de los productos
que se cataloga como frutos moderadamente resistentes al frio y es por lo mismo
de los que en el pas son mayoritariamente sometidos para su conservacin a
temperaturas bajas. El lugar fue elegido ya que Chihuahua es el principal
productor de manzana a nivel nacional y dentro de este es, Ciudad Cuauhtmoc elmunicipio que concentra el mayor volumen producido de manzana.
El proyecto esta divido en dos partes: La fase terica contiene la informacin para
antes de realizar el diseo relacionada con la manzana, condiciones del lugar y
formas de almacenamiento; la fase terica contiene los clculos requeridos para la
construccin de las cmaras y frigorficas y en general de la obra civil.
OBJETIVOS
Diseo de una cmara frigorfica para almacenamiento de manzana
Evaluacin termodinmica de la cmara frigorfica
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II. MARCO DE REFERENCIA
A) USO E IMPORTANCIA DEL FRO EN EL MUNDO Y EN MXICO
El mayor progreso alcanzado en la conservacin
de alimentos tiene su origen en la utilizacin del
fro. En el mundo, miles de toneladas de
productos perecederos que se desperdician
diariamente. Segn datos del Instituto
Internacional del Fro (IIF), para el ao 2003 en
los pases en vas de desarrollo las mermas
ascienden hasta en 50 %, mientras que en
pases desarrollados alcanzan cerca del 10 %.
Actualmente el desarrollo de una sociedad moderna exige, da a da, una mejor
aplicacin de las bajas temperaturas para la conservacin de productos
perecederos a fin de satisfacer las necesidades alimentaras de una poblacin en
continuo crecimiento. La produccin y la aplicacin del fro en la comercializacin
de alimentos perecederos implica el cumplimiento de aspectos de mucha
importancia; los productos alimenticios de esta categora inicialmente de buena
calidad, deben estar sometidos ininterrumpidamente a la accin del fro desde lapost-cosecha hasta el consumo o su utilizacin por la industria.
Por tal motivo, es necesario disponer de adecuadas instalaciones de
almacenamiento en las zonas de produccin, en los centros de abasto, o bien en
las industrias procesadoras de alimentos; as como, el contar con transporte
especializado con temperatura regulada y con los medios apropiados de
distribucin para la venta al detalle.
Cuantitativamente, la importancia del fro en la industria agroalimentaria se pone
de relieve en el hecho de que, del total de la produccin de alimentos en el mundo,
que supera los 4.000 millones de toneladas anuales, un 30% aproximadamente
sufre tratamiento frigorfico ms o menos intenso.
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Por otro lado, la utilizacin del fro aparece como un pilar bsico en la organizacin
del consumo en el mundo desarrollado, de tal manera que aproximadamente el
40% de los alimentos que forman la dieta de dichos pases utilizan de una manera
o de otra el fro. La cadena del fro es tan importante en cada uno de estos pases,
que la energa elctrica consumida por la misma puede ser del orden del 5% de
toda la energa elctrica consumida.
S se evala el desarrollo de una cadena del fro en funcin a la capacidad de
almacenamiento que tiene cada pas, expresando esa capacidad en m3/ habitante,
se tiene que varios pases sudamericanos presentan carencias y deficiencias
tcnicas similares a Mxico, la comercializacin de alimentos se centraliza hacia
sus respectivas capitales o hacia las grandes zonas metropolitanas.
En Mxico, la alta dependencia tecnolgica en infraestructura frigorfica, al igual
que la escasa informacin en cuanto a la tolerancia entre temperatura-tiempo para
los productos locales, hace que la cadena del fro nicamente sea aplicable para
los productos de exportacin; la comercializacin y transporte de productos
perecederos se realiza en condiciones no siempre eficientes, grandes mermas y
costos elevados son caractersticos desde la produccin hasta el consumo de los
mismos. Segn clculos conservadores, cerca del 45% de la produccin nacional
de frutas y hortalizas se pierde por deficiencias en almacenamiento y transporte;
de los productos crnicos, pesqueros y lcteos, la informacin no es precisa pero
tambin presentan graves problemas por la ineficiencia de los mtodos de
comercializacin. En productos perecederos las operaciones logsticas de cadena
del fro son del 45 al 50%. Clculos conservadores indican que actualmente la
capacidad o ndice de frigorfico es de aproximadamente 0.006.
En las zonas de produccin existen una serie de factores que agravan la situacin,tales como la falta de conocimiento acerca del comportamiento de productos
locales frente al fro; la poca integracin agroindustrial; la intermediacin excesiva,
falta de normalizacin, deficiencias en los manejos pos cosechas, entre los ms
importantes
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La mayora de los almacenes frigorficos que actualmente operan en pases como
Mxico por ejemplo son polivalentes y estn destinados a conservar toda clase de
productos en un amplio intervalo de temperatura. Aunado a esto, no se han
tomado en cuenta las normas bsicas de diseo y construccin. Ocurre con
frecuencia que los locales destinados a ser almacenes frigorficas se construyen
como s fuesen a tener otro uso; en muy pocos casos se han aplicado conceptos
tecnolgicos apropiados para hacer ms eficiente su funcionamiento. En 1988, el
Sistema Nacional para el Abasto (SNA) se fij como meta construir 52 almacenes
con una capacidad proyectada de 103,220 m3, hasta el ao 2003 se desconoce si
se cumpli con dicha meta, las estadsticas siguen siendo escasas e imprecisas al
respecto.
B) IMPORTANCIA MUNDIAL Y NACIONAL DE LA MANZANA
La manzana ha sido una importante fuente alimenticia para ayudar en la
alimentacin en todos los climas fros. Son la especie vegetal, a excepcin de los
ctricos, que se puede mantener durante ms tiempo, conservando buena parte de
su valor nutritivo. El manzano es una de las especies de fruta dulce de mayor
difusin a escala mundial, debido fundamentalmente a: Su facilidad de adaptacin
a diferentes climas y suelos; su valor alimenticio y teraputico; la calidad ydiversidad de productos que se obtienen en la industria transformadora; por
proceder de climas muy fros resiste las ms bajas temperaturas, lo que ha
permitido cultivarlo a gran escala en todos los pases de clima relativamente fros,
y en particular en todos los de Europa.
A nivel mundial la produccin de manzanas,
segn cifras de la USDA, alcanz 65,23
millones de toneladas en el ao 2011, China
encabeza tambin la produccin mundial de
manzanas, con 50 % de ella, seguida por
Estados Unidos (18 %), EEUU (6 %), Turqua
con 4 % y el resto de los pases con 19 %.
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En Mxico se produjeron para el ao 200, 561,493 toneladas siendo los estados
con mayor superficie y produccin de manzana en orden de importancia
Chihuahua, Durango y Coahuila. Las tendencias nacionales son estables en
superficie pero inestables en cuanto a la produccin dado a factores climticos
como lo pueden ser las heladas tardas y el granizo entre otros.
Fuente: SIAP
Segn datos del servicio de informacin agroalimentario y pesquera (SIAP) el
principal estado productor de manzana es Chihuahua con un promedio de
346,645.93 toneladas y un promedio en el rendimiento de 15.06 toneladas por
hectrea del ao 2000 a 2009.
Para el 2009 Chihuahua registro una
produccin de 382,995.20 toneladas
registrando un porcentaje de 68.2% de
la produccin, adems de que en el
estado se selecciona y empaca ms del
75% de las cajas
Fuente: SIAP
Fuente: SIAP
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La manzana es uno de los cultivos potenciales del estado de Chihuahua, por lo
que la produccin que se genera es de suma importancia. La produccin de
manzana, est distribuida bsicamente en seis de diez regiones que comprende el
estado. Las regiones ms sobresalientes son Cuauhtmoc y Guerrero, las cuales
agrupan la mayor produccin. La regin de Cuauhtmoc, registr en el ao 2008
una produccin de 228,140 toneladas de manzana, incrementando su volumen de
produccin para el 2009 en 288,724 toneladas.
Fuente: SIAP
La contribucin de las cadenas de frutales caducifolios perecederos, como lo es la
manzana, es de gran importancia en la industria alimentaria, tanto en su consumo
fresco como en la elaboracin de productos derivados. A nivel nacional se est
dejando atrs la vieja cadena productiva para dar paso a una nueva cadena
producto-manzano en donde cambia la visin en cuanto al consumo.
C) USO E IMPORTANCIA DEL FRIO EN LA CONSERVACIN DE MANZANA
La manzana es un producto que de forma natural nopuede presentar disponibilidad a lo largo de todo el ao
por tal requiere de cierto almacenamiento para
garantizar el abasto en los mercados.
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Las principales causas del deterioro de la manzana, son las que se relacionan
directamente con la T de almacenaje y estn dadas por: respiracin, produccin
de etileno, prdida de peso, desarrollo de pudriciones y algunas alteraciones
fisiolgicas.
Al ser la T un factor crtico en la conservacin de la manzana, es el fro el mtodo
de conservacin ms adecuado en este fruto. Por lo tanto, para una disponibilidad
prolongada y ptima calidad en los mercados de consumo en fresco, es
indispensable mantener la cadena de fro. sta involucra: enfriamiento despus
de cosecha, almacenaje y transporte refrigerado, exposicin de venta en lugar
fresco y refrigeracin domstica.
Quiebres o interrupciones en la cadena de fro repercuten en la calidad, alterandoapariencia y atributos organolpticos.
Algunas frutas, especialmente las tempranas, van directamente del campo al
mercado. En estas el xito comercial depende de su adelanto con relacin a las
competidoras. Pero la mayor parte de las manzanas, sobre todo las variedades de
fin de verano y las de invierno, suelen estar algn tiempo almacenadas. El
almacenaje se impone, por dos razones: por necesidad de espera hasta que el
fruto este en su mejor sazn y ha desarrollado todas sus caractersticas depaladar; o por conveniencia de conservarlo para venta retrasada cuando los
precios del mercado, al escasear las frutas haya subido.
Uso previo del frio: Para que la manzana se beneficie rpidamente del fro que
prolonga su conservacin se le baja la temperatura antes de introducirla en la
cmara fra. Esto se hace mediante pre-enfriamiento ya sea en agua o con aire.
El pre-enfriamiento no es una operacin forzosa, se maneja con cierto grado de
flexibilidad pues es posible prescindir de sta y por tanto de sus beneficios. Enfriar
la manzana rpidamente conviene, porque con ello se disminuye velozmente la
actividad respiratoria, o lo que es lo mismo, se alarga su vida de anaquel al frenar
su metabolismo. Con la refrigeracin previa se trata de enfriar la manzana en poco
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tiempo y de prepararla para entrar en cmaras de conservacin a la temperatura
ms adecuada.
Uso e importancia del frio durante el almacenamiento: Las capacidad de
conservacin de las manzanas en frio es relativamente alta y las diferentestcnicas, ya que est clasificada como un fruto moderadamente tolerante al frio.
El control de temperatura combinada con la humedad relativa y una atmosfera
controlada, prolongan su conservacin hasta, prcticamente, la cosecha del ao
siguiente. Las cmaras frigorficas mantienen las manzanas a temperatura
ligeramente superior o igual a 0C; segn la variedad, la temperatura ptima
puede variar entre 0C y 3. La humedad relativa a que se mantiene en estos
recintos es del 90 al 95%. De no ser de este modo en las cmaras de
conservacin pueden darse fenmenos de desecacin de la manzana para HR
bajas, u otro tipo de alteraciones filolgicas de ser excesiva.
Uso e importancia del frio posterior al almacenamiento: El frio posterior al
almacenamiento es la ltima pieza clave para el mantenimiento de las
caractersticas organolpticas de la manzana. Es por ello que el transporte exige
los mximos cuidados para que llegue al consumidor en las mejores condiciones
posibles. Se debe proteger de los agentes atmosfricos y mantenerse en las
condiciones de temperatura, composicin atmosfrica y humedad relativa
apropiadas.
Los camiones de transporte de manzanas deben estar acondicionados para
mantener las manzanas en condiciones semejantes o iguales a las de las cmaras
de conservacin evitando grandes diferencias de temperatura (T) manteniendo
as la cadena de frio.
D) DESCRIPCIN DEL PROCESO A NIVEL DIAGRAMA DE BLOQUES
Recepcin: El proceso comienza con la recepcin de la manzana proveniente de
campo, misma que llega a la planta en cajones de madera, los cuales deben traer
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especificado: la fecha de cosecha, el nombre de productor, variedad y nmero de
lote.
Pre-enfriamiento: Una vez estando la manzana en la planta la primer labor que
se realiza sobre esta, es la extraccin de calor de campo, es decir, bajar sutemperatura, con lo cual se evita el deterioro de la fruta y as se consigue alargar
su periodo de vida til y se mejora el manejo postcosecha; lo anterior se logra
manteniendo la manzana durante 36 horas en cmaras de refrigeracin que se
encuentran a una temperatura de 0C (32F) y a la par se mantiene una lmina de
agua para evitar la deshidratacin del fruto durante el almacenamiento o esto
tambin se puede realizar sumergiendo la manzana en tinas de agua fra.
Seleccin: Las manzanas se someten a un proceso de seleccin en donde seeliminan las que presenta una calidad no apropiada, es decir, aquellas que
presentan golpes, pudriciones, deformaciones y sobre maduracin,
principalmente. Estas manzanas se destinan a la industria juguera.
Lavado: Posterior al enfriamiento las manzanas se lavan, para esto se sumergen
en tinas de lavado que contienen sanitizantes, fungicidas (no txico) y calcio, ste
ltimo se emplea para darle firmeza al fruto.
Lavado de la manzana
Secado: Despus del lavado el producto pasa por unas bandas transportadoras,
en las cuales se lleva a cabo el secado, el cual se realiza con el calor generado
por la combustin de un gas. Otra forma de realizar esta operacin es pasar la
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fruta por unas bandas transportadoras, en las cuales se lleva a cabo el secado,
por medio de ventiladores.
Secado de manzana por medio del calor generado de la combustin de un gas
Encerado y pulido: Inmediatamente despus del secado, el fruto pasa por unos
rodillos en donde se les aplica cera (extracto de carnauba) nicamente a las
manzanas rojas, las manzanas verdes quedan exentas de este procedimiento, por
medio de una manguera dosificadora, al mismo tiempo que son pulidas por unos
pequeos cepillos en movimiento como se aprecia en la siguiente ilustracin.
Encerado y pulido de manzana
Secado de cera: Posterior al encerado, las manzanas se hacen pasar por un
segundo secado con el objetivo de solidificar la cera, a una temperatura que oscila
entre los 40 y 50 C.
Almacenamiento en frio: La manzana es vertida en bins cuya capacidad es de
450 kg, los bins se apilan hasta 9 niveles dentro de la cmara misma que se
encuentra a una temperatura de 0C (32 F), hasta el momento en que ser
transportada.
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Seleccin y clasificacin: A continuacin, se eliminan las manzanas que
presenten afectaciones por fro y las dems se separan de acuerdo a su tamao
y calidad. Las manzanas que cumplen con los parmetros de calidad establecidos
siguen un proceso de empacado de acuerdo a su peso, los calibres ms
comerciales manejados son 100, 113, 125 y 138; el nmero del calibre es inverso
al tamao de la fruta.
Seleccin de la manzana
Empacado: Las manzanas que cumplen con los parmetros de calidad
establecidos siguen un proceso de empacado en cajas de cartn de acuerdo a su
peso y tamao. El empacado se realiza de forma manual.
Empacado de manzana
Distribucin: Las cajas de cartn son apiladas para ser llevados mediante un
montacargas al triler provisto de thermoking a una temperatura de 32 F, con
capacidad de 22 toneladas, para ser distribuida a los diferentes puntos de venta.
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RECEPCIN
PREENFRIAMIENTO
SELECCIN
LAVADO
SECADO
ENCERADO Y PULIDO
SECADO DE LA CERA
ALMACENAMIENTO
SELECCIN YCLASIFICACIN
EMPACADO
DISTRIBUCIN
0C/36 h
o inmersinen agua
Sanitizantes,
fungicidas (notxico) y calcio
Cera (extracto
de carnauba)
Temperatura
40 y 50 C
Los calibres ms
comerciales son
100, 113, 125 y
138.
0C
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO DE ACONDICIONAMIENTO DE LA
MANZANA
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D) INDICADORES TCNICOS QUE SE UTILIZARN EN EL DISEO
Antes de realizar el diseo de un frigorfico, es necesario recabar una serie de
informacin relacionada con los productos, condiciones y formas de
almacenamiento, las caractersticas del almacn, las condiciones del lugar y otros.Para cada uno de estos aspectos es necesario conocer:
Condiciones del lugar
-Temperaturas: Mxima diaria es de 37C, la mnima puede descender incluso
por debajo de los -10 C en el mes de enero y media anuales de 10 a 14 C.
-Humedad Relativa: La humedad relativa predominante es de 65%
-Lluvias
Fuente: sistema meteorolgico nacional, AO 2005
Como se observa en el cuadro anterior la precipitacin media anual es de 499.3 ycon 70.6 das de lluvia al ao presentndose la mayor cantidad de estas en los
meses de julio, agosto y septiembre.
-Viento: Los vientos dominantes provienen del suroeste. Segn la estacin
meteorolgica de la UACJ el valor promedio de la velocidad del viento en Ciudad
Cuauhtmoc se encuentran alrededor 6.8 km/h (ao 2003-2009).
-Recursos hdricos: El agua superficial se localiza bsicamente en las lagunas
de Bustillos, del Pjaro, de los Mexicanos y Los Nogales; as como las presas: La
Quemada, Napavechi, Del Burro, El Picacho, Tres Lagunitas, Seis de Enero,
Cuauhtmoc, Barraganes y Tscate del Aguila.
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El municipio no cuenta con ros, su territorio es atravesado por varios arroyos, la
mayor parte de ellos solo llevan agua en tiempo de lluvias, sus corrientes
pertenecen casi en su totalidad a la vertiente interior, formada por la cuenca de la
Laguna de Bustillos.
En la parte oriental se forman las primeras corrientes de los ros de San Lorenzo y
Carretas.
En producto
-Tipo de producto
El fruto que se almacena ser manzana siendo las principales variedades Golden
Delicious y Red Delicious.
La cantidad total que se
almacenar es de 600 ton de
manzana, de las cuales 360 ton
corresponden a la variedad
Golden delicious y las 240
restantes corresponden a Red
delicious.
-Frecuencias de entradas y salidas
La recoleccin de ambas variedades se realiza mayormente en los meses
septiembre-octubre, aun que la variedad golden se comenzar a recibir desde
el mes de agosto.
Variedad Entradas Salidas
Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero
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Golden delicious (ton) 120 (a) 120 (b) 120
(c)
(a) (b) (c)
Entradas Salidas
Septiembre Octubre Diciembre Enero
Red delicious 120 (d) 120 (e) (d) (e)
Ya que las cmaras de frigoconservacin no tendrn adaptada la conservacin de
atmosferas modificadas las manzanas no podrn estar ms de 4 meses en
almacenamiento.
-Volumen a manejar diario
Las cmaras se llenaron en promedio en tres o cuatro das por lo tanto el volumen
a manejar por da oscilara entre 30 a 40 toneladas.
-Propiedades termodinmicas del producto
Prot. Grasa Carbo. Fibra Ceniza PIC
F
Cp>0
Btu/lb*F
Cp0: Calor especifico por encima de 0
Cp
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32F 41F 50F 59F 68F 77F Referencia
Delicious 757 1117 --- --- --- --- Luutz and
Hardenburg(1968)
Golden
delicious
793 1189 --- --- --- --- Luutz and
Hardenburg(1968)
Fuente: Notas de clase
-Condiciones de almacenamiento de la manzana
Producto Temperatura de
almacenamiento
(C)
Humedad
Relativa
Temperatura
ms alta de
congelacin
Produccin
de etileno
Susceptibilidad
al etileno
Vida de
almacenamiento
Manzana -1.1 90-95 -1.5 MA 3-6 meses
Fuente: Notas de clase
Envase
Empaque:
El empaque de manzana se realiza en tandas de 19 kg depositadas en cajas blis
de cartn solido blanqueado, con superficie lisa, recubiertas por una capa de bondblanco, sin horadaciones ni asas laterales, de tapa tipo HSC, cuyas dimensiones
generales son: 550 mm largo x 360 mm ancho x 340 mm alto.
Cp Cartn= 0.32 BTU/lb F
Caja que se empleara para la
comercializacin del producto
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Embalaje:
El embalaje se realiza a travs de bines de
madera cuyas dimensiones son : 1000 x1200
x 800 mm, con una capacidad de 450 kg demanzana, elaborados en madera de
eucalipto, completamente pulida y tratada
para evitar causar daos a las superficie de la
manzana o el alojamiento de agentes
microbianos o fngicos indeseados.
Cp= 0.67 BTU/lb F
FASE PRCTICA
III.- DISEO DE INSTALACIONES:
A) CARACTERSTICAS DE LA INSTALACIN (UBICACIN, MEDIDAS, AISLANTES,
DISTRIBUCIN DE REAS EN LA INSTALACIN FRIGORFICA, SERVICIOS, ETC.)
Ubicacin: Ciudad Cuauhtmoc, Chihuahua
El lugar fue elegido tomando en cuenta dos aspectos bsicos: El Estado de
Chihuahua es el principal productor de Manzana a nivel nacional y dentro del
estado la regin de Cuauhtmoc es donde mayormente se produce la manzana
(ver fase teorica).
El terreno es plano y pase caractersticas que lo hacen apto para elestablecimiento de la planta, tales como:
El suelo es bien drenado, de buena resistencia mecnica
Se ubica en las proximidades de una carretera y de suministro de energa y
de agua.
Bins que se empleara para la
comercializacin del producto
http://quintanormal.olx.cl/fabrica-de-cajas-de-madera-para-exportacion-bins-pallets-cajones-embalajes-iid-179840431 -
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El tamao es de aprox. 2 hectreas contemplado con esta extensin
posibles ampliaciones futuras
Caractersticas de las cmaras frigorficas
El edificio ser de una sola planta, por motivos de ahorro de inversin y para hacer
ms fcil la manipulacin y la explotacin. La obra civil estar hecha a base de
concreto y ladrillo.
Dimensiones: Se tendrn 5 cmaras cuyas dimensiones son de 8.7 x 8.7 x
8.5 m.
Aislante: La cmara estar revestida de espuma de poliuretano para
restringir el flujo de calor hacia el interior de la cmara del almacn, estaestar colocada en placas prefabricadas empleado 2 capas de las misas
para alcanzar el espesor necesario de 9.5 cm . La espuma de poliuretano
tiene coeficiente de conductividad muy bajo, (es el ms bajo de todos los
materiales) se reporta un valor de k=0.031 a 0.032 W/mK (Covarrubias,
1993). Es de gran aplicacin y montaje. Tiene una buena resistencia
mecnica (Lpez, 1994). Poliuretano expandido aplicado en forma
espreada en muros y techos y en forma de placas en piso, con un espesor
de 3.6.
Barrera Antivapor: Esta ser colocada nicamente sobre el piso del suelo,
con objeto de impedir la penetracin del vapor de agua que conduce
inevitablemente a rebajar el poder aislante del poliuretano.
Distribucin en reas de la instalacin frigorfica (ver plano)
Como aspectos importantes a mencionar respecto a la distribucin de reas enla instalacin frigorfica destinada para almacenamiento de manzana se tiene:
En la mayora de los casos se realizar pre-enfriamiento por lo tanto se
tendr una cmara que realiza esta labor, la cual estar ubicada lo ms
cerca del rea de recepcin.
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Se prev la necesidad de manipular antes y despus de su entrada a la
cmara para someterlos a tratamientos, seleccin y embalado, es decir,
la manzana ser acondicionada para su almacenamiento y
posteriormente ser empacada.
Las cmaras de almacenamiento permiten el transporte interno de
mercancas; todo ello para que la mano de obra quede reducida al
mnimo.
El cuarto de maquinas estn en lugares adecuados, cerca de las
cmaras frigorficas y en lugares donde no haya exceso de humedad ni
de calor y que no estn al alcance de personas ajenas a su manejo.
Necesidad de servicio auxiliares: Suministro y tratamiento de agua
empleada, cuartos de mantenimiento y oficinas.
B) CLCULO DE LA CARGA TRMICA (HOJA DE CLCULO EXCEL IMPRESA).
A continuacin se muestra solo el resumen de la hoja de clculo
CALCULO DE LAS DIMENSIONES Y ESPESOR DEL AISLANTEe= 1/4 T = 9.25 cm = 3.67 pulgadas
Vu=mT/= 11522.30 pie3 VB=2 Vu = 23044.5993 pie
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INFORMACI N REQUERIDA PARA LOS C LCULOS
DATOS DEL PRODUCTO DATOS DEL LUGAR Y MANEJOPRODUCTO: MANZANA UBICACIN: CD. CUAHUTMOC, CHIH.MASA TOTAL: 150 ton Tbs: 98.6 FFLUJO DIARIO: 40 ton Tbh: 73 FDENSIDAD: 28.7 lb/pie A.S.N.M 2063 mCp1: 0.86 Btu/lb*F H. REL. EXTERIOR: 65 %Cp0: 0.45 Btu/lb*F H. REL. INTERIOR: 90 % 121 Btu/lb TIPO DE USO: 1T. DE ALMACEN: 32 F USO MONTACARGAS: 8 hpC. DE RESPIRACI N AISLANTE: POLIURETANOGolden Del. 32 793 F ALTURA C MARA: 8.5 mGolden Del. 41 1189 F LARGO/ANCHO: 3.83 piesRed Del. 32 757 F VOLUMEN TOTAL: 38.14 piesRed Del. 41 1117 F HORAS DE TRABAJO: 8 h32F Crtm 793 BTU/ton/da No. DE PERSONAS: 263.3F Crta 1568.65 BTU/ton/da BINS DE MADERA:
Cp madera: 0.67 BTU/lbF PESO POR BIN: 10 kg
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INTERNO ESPESOR DEL AISLANTE
pies m cm pies
ALTURA (H) 27.8868 8.5000 PISOS 9.25 0.3035LARGO (L) 28.7465 8.7620 MUROS 9.25 0.3035
ANCHO (A) 28.7465 TECHOS 9.25 0.3035volumen Interior 23044.5993 652.5742
1.- CALOR POR TRANSMISIN EN MUROS, PISOS Y TECHO (QC)
ECUACIN: QC= U* A*( T+Fc) U POLIURETANO = 1.0813 BTU
T= (T ext - Tint)+Fc QC= 370673.385 BTU/da
LUGAR rea externa pie (Te-Ti) F Fc T F Qc(Btu/da)PISO 861.63 41.00 0 41.00 38199.718PARED NORTE 836.39 66.60 2 66.60 62042.690PARED SUR 836.39 66.60 2 66.60 62042.690PARED ESTE 836.39 66.60 4 66.60 63851.514
PARED OESTE 836.39 66.60 4 66.60 63851.514TECHO 861.63 66.60 20 66.60 80685.259
SUMA 370673.385
CUADRO RESUMEN DE LAS CARGAS TRMICAS
FUENTES DE CALOR ECUACI N USADA CARGA T RMICA (BTU/da)Transmisin en muros, piso,techo
Qc = U A T 370673.385
Infiltracin de aire QI= Va (he-hi) 114190.410Carga por producto QP = QP +Q2 +Q3 +Q4 3355317.818
Carga por alumbrado QL = 3.4 A t1 14048.15856Carga por personal QW= NQWtW 14848Carga por maquinaria y equipo Qm = NWmtm 814240Motor de los evaporadores QE = NmWEfCtE 1020000Empaques y Embalajes QEmpaque = mempaque*Cp (Te-
Ti)87443.2544
SUBTOTAL: 5790761.02610% SEGURIDAD 579076.1026
TOTAL: 6369837.129
CONSIDERANDO 18 h DE FUNCIONAMIENTO AL DIA DE LOS COMPRESORES:
Q0=Qtotal/ Horas de funcionamiento al da = 353879.8405 BTU/horas
DATOS PARA CALCULAR MOTORES EN EVAPORADORES
Nm= 5POTENCIA= 0.5 hp
QD= 90000 BTU/hNE=
Potencia total (QD)4
36000QO-(QD*NE)= -6120.159525 BTU/h
Porcentaje de error 101.73 %
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Se realiz un calculo considerando 4 evaporadores con lo cual se lograr
cubrir 36000 btu/da y considerando que nuestra necesidad de extraccin de
calores de 353879.8405 btu/da, se tiene un error de extraccin de 1.73 % que
se encuentra dentro de los lineamientos de % de error en la extraccin
recomendado (5%).
(En anexo se muestra la hoja de calculo completa).
C) EVALUACIN TERMODINMICA
DATOS Y OPCIONES ELEGIDOS DEL SISTEMA MODELADO
Ubicacin del sistema: Cd. Cuauhtmoc, Chih.
Altura: 2063 msnm
Presin atmosfrica:0.813 Bar
Refrigerante a emplear: R 717
Carga trmica: 30 T.R. (Se redondea porque el programa solo deja meternmeros enteros).
Temperatura en la cmara: 0 C 273.150 K
Temperatura de bulbo seco: 37 C 310.150 K
Temperatura de bulbo hmedo: 23 C 296.150 K
Temperatura de referencia: 30.000 C 303.150 K
Temperatura de condensacin: 35 C 308.150 K
Temperatura de evaporacin: -7 C 266.150 K
Tipo de condensador: Enfriado por mezcla agua - aire
CONSIDERACIONES:
Diferencia de Temperatura en evaporador: 7 C
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Diferencia de Temperatura en condensador: 12 C
Grado de recirculacin en bombas: 2
Incremento de presin en bombas: 4 Bar
DESCRIPCION DEL CICLO:
Ciclo de produccin de fro en una sola etapa con recirculacin del refrigerantemediante bomba
NOTA.- La temperatura de referencia es el valor promedio de las temperaturasbulbo hmedo y seco:
Cuadro resumen de la termodinmica del ciclo
EVALUACION TERMODINAMICA DEL SISTEMA MODELADO
Carga Trmica: 379800.000 kJ/hr 105.500 kW
Efecto Refrigerante: 642.570 KJ/kg
Gasto Masa compresor: 351.585 kg/h
Gasto Masa en bomba: 591.064 kg/hGasto volumtrico: 131.091 m3/h
Potencia del compresor: 71709.980 kJ/h 19.919 kW
Potencia en la bomba: 3648.239 KJ/h 1.013 kW 1.358 HP
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Potencia del condensador: 455158.219 kJ/h 126.433 kW169.481 HP
COP Ideal o de Carnot: 11.876
COP: 5.040
Rendimiento econmico: 0.424 = 42.4 %
Rendimiento exergtico: 0.676
Como se observa el rendimiento econmico obtenido para nuestro sistemaes de 42.4 %.
Diagrama de Mollier
D) SELECCIN Y DISEO DE EQUIPO
Resumen de resultados:
DIMENSIONES:
LARGO: 8.76m
ANCHO: 8.76m
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ALTURA: 8.50m
AISLAMIENTO TRMICO:
Poliuretano expandido aplicado en forma espreada en muros y techos y en forma
de placas en piso, con un esperso de 3.6.
Qo= 353879.8405 BTU/h = 8917. 7719Kcal/h=103.2149 Kw= 29.4899T.R.
NOTA: Se considera la colocacin de 4 evaporadores en la cmara de
refrigeracin.
SELECCIN DE EQUIPO:
Datos:
Refrigerante: NH3 (R-717) Amoniaco
Qo= 353879.8405 BTU/h
Evaporador: de tubos aletados con circulacin de aire forzado.
Condensador: Evaporativo
T de Evaporacin:T0=Tc-10F = 32F-10F= 22F
T de Condensacin: T=Tbh+20F = 73F+20F=93F
No. de evaporadores = 4 No. de compresores= 2
Sistema de recirculacin por bombas.
NOTA: Se sugiere
T evaporacin de 5C a 7C 9F a 13F
T condensacin= 10C a 15C 18F a 27F
EVAPORADORES: (Se necesitan 4 )
Carga trmica por evaporador T=10F =88469.96013 BTU/h.
De la tabla del fabricante se obtiene que el evaporador de la marca Bohn, Modelo
BHA-930 tiene una capacidad de 93,000 BTU/h a T=10F.
Caractersticas:
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*Galones por minuto
COMPRESORES: (se necesitan 2)
Qo por compresor= 29.4899T.R./ 2 = 14.7449 T.R. 4458.8859 Kcal/h
Temperatura de evaporacin = 22 F
Temperatura de condensacin= 93F
Del catalogo del fabricante:
Compresor Marca Bohn-EMBRACO
Modelo: NE6160z
No. de cilindros:2
Capacidad: 16.2 T.R.
Caractersticas:
Largo: 46.0 cm
Ancho: 37.8 cm
Altura: 99.6 cm
Peso neto del compreso: 28.9 kg
de succin= 1
de descarga= 1
CONDENSADOR (Se necesitan 2)
Qo= 353879.8405 BTU/h+ (11.4*2)*2545 = 411905.8405BTU/h = 34.3254 T.R.
Tbh= 73F, TCONDENSACIN= 93F FCORRECCIN por I= 1.02
No. de motores = 5 Largo= 343.54cmPotencia del motor= 0.5 hp Ancho= 66.68cmCorriente elctrica= 220 V/60c Altura= 94.62cmD. de ventilador= 24 D. tubo de descarga= 2 1/8Flujo de refrigeracin= 2.1 *GPM D. tubo de alimentacin= 5
Peso aprox. de embarque= 338.39 kg C. de H20 desescarche= 30 GPM
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Del catalogo del fabricante se obtiene:
Marca: Bohn
Modelo: LET 035
Potencia: 36.10 T.R.
Potencia bomba de agua: hp
Caractersticas:
Largo= 102 de ventiladores= 15Ancho= 64.25 Potencia de ventiladores= 2.5 hpAlto= 83 Flujo de agua= 60 GPM de alimentacin=2 Peso aprox.= 10.25 kg de descarga=2
No. de ventiladores= 2
E) PLANOS Y DIAGRAMAS (DISTRIBUCIN DE REAS SOLAMENTE DE LA
CMARA FRIGORFICA Y DTI DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN) (Ver anexos)
F) ESTIMACIN ECONMICA
Se realiz la estimacin econmica solo para una cmara de refrigeracin paraconservacin de manzana
NOTA:
El rubro de otros componentes el cual comprende vlvulas, tubera, manmetros,
presos tatos y dems accesorios fue calculado en funcin del costo aproximado de
los componentes principales del sistema de refrigeracin.
Componente Cantidad Precio unitario Precio en $ Precio total $
Evaporador 4 9911.12 165,614.82 662459.26
Compresor 2 669.01 11,179.16 22358.31
Condensador 2 8043.24 134,402.54 268805.08
Otros componentes 1 31,119.65 31119.65
Placas de poliuretano m2 154.88 90 13,932.2
Poliuretano espreado kg 607.97 58.75 35718.49
TOTAL 1034392.99
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IV.- CONCLUSIONES
Para el desarrollo del diseo de la cmara frigorfica del presente trabajo se aplic
el conocimiento terico adquirido en clase, el cual involucra aspectos como
criterios de seleccin de equipo acorde a las caractersticas del sistema segn los
requerimientos de un determinado proceso. Se observo que lo principal para eldiseo es conocer las caractersticas del productor a enfriar y las condiciones
ambientales del lugar de ubicacin de nuestra cmara.
Otro aspecto a resaltar fue acerca de conocimiento que se tubo que adquirir en
cuanto a el equipo utilizado para alcanzar la potencia utilizada y as poder expulsar
las toneladas de refrigeracin necesarias para la conservacin del producto; es
decir, en cuanto a la evaluacin termodinmica, como gradiente energtico a
eliminar.
La refrigeracin es un mtodo de conservacin de alimentos muy efectivo, siemprey cuando conlleve una correcta aplicacin desde el manejo de producto dentro de
las cmaras fras, hasta la operacin de los componentes fsicos del sistema.
Cabe sealar que el proceso logstico es de vital importancia, ya que, si no se
cuentan con la implementacin de las buenas practicas de manejo para evitar
cualquier tipo de riesgo sobre el producto, de nada valdr tener el equipo ms
sofisticado para la generacin de fro. Es por ello que se debe tener una buena
relacin entre lo logstico y el equipo e instalacin necesaria para el buen
funcionamiento. Por ltimo, hay que mencionar que este tipo de trabajos, a pesar de ser
nicamente ejercicios de simulacin para el diseo de una cmara frigorfica,
contribuyen a la formacin de nuestro perfil como Ingenieros Agroindustriales, y
nos aportan una visin integradora de todos los componentes que debemos de
tomar en cuanta para el desarrollo de proyectos de cualquier ndole, adems nos
permiten ir creando una base para formarnos un criterio de decisin en ejercicios
futuros.
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V.- BIBLIOGRAFA
Gobierno del Estado de Chihuahua, Anlisis de competitividad, articulo en
lnea http://www.chihuahua.gob.mx/atach2/sdr/uploads/File/manzana.pdf,
fecha de consulta 20 de octubre.
lvarez Saldaa Anglica. Notas de produccin de Fro. Chapingo, Estado
de Mxico 2008.
Notas de Dr. Ignacio Covarrubias
Apunte de clase (Base de datos proporcionados por la profesora)
Plan rector del sistema producto manzana, Articulo en lnea
http://www.amsda.com.mx/PREstatales/Estatales/CHIHUAHUA/PREmanza
na.pdf, fecha de consulta 28 de octubre.
Servicio meteorolgico Nacional, http://smn.cna.gob.mx/, Fecha de consulta28 de octubre.
SIAP, http://www.siap.gob.mx/. Fecha de consulta 1 de noviembre del 2012.
Costos poliuretano:
o http://www.construfoam.com.mx/productos/aislantes/aister.html,
fecha de consulta 15 de noviembre.
Costos componentes:
o http://www.frigopack.com/Seccion~x~Evaporadores-plafon-
industriales~IDSeccionArticulo~34~OrdenSeccion~050040.html,
fecha de consulta 15 de noviembre.
http://www.chihuahua.gob.mx/atach2/sdr/uploads/File/manzana.pdfhttp://www.amsda.com.mx/PREstatales/Estatales/CHIHUAHUA/PREmanzana.pdfhttp://www.amsda.com.mx/PREstatales/Estatales/CHIHUAHUA/PREmanzana.pdfhttp://smn.cna.gob.mx/http://www.siap.gob.mx/http://www.construfoam.com.mx/productos/aislantes/aister.htmlhttp://www.frigopack.com/Seccion~x~Evaporadores-plafon-industriales~IDSeccionArticulo~34~OrdenSeccion~050040.htmlhttp://www.frigopack.com/Seccion~x~Evaporadores-plafon-industriales~IDSeccionArticulo~34~OrdenSeccion~050040.htmlhttp://www.frigopack.com/Seccion~x~Evaporadores-plafon-industriales~IDSeccionArticulo~34~OrdenSeccion~050040.htmlhttp://www.frigopack.com/Seccion~x~Evaporadores-plafon-industriales~IDSeccionArticulo~34~OrdenSeccion~050040.htmlhttp://www.frigopack.com/Seccion~x~Evaporadores-plafon-industriales~IDSeccionArticulo~34~OrdenSeccion~050040.htmlhttp://www.construfoam.com.mx/productos/aislantes/aister.htmlhttp://www.siap.gob.mx/http://smn.cna.gob.mx/http://www.amsda.com.mx/PREstatales/Estatales/CHIHUAHUA/PREmanzana.pdfhttp://www.amsda.com.mx/PREstatales/Estatales/CHIHUAHUA/PREmanzana.pdfhttp://www.chihuahua.gob.mx/atach2/sdr/uploads/File/manzana.pdf -
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ANEXOS