diseño de instalación frigorifica

7/28/2019 Diseo de Instalacin 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

3

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

diseño de instalación frigorifica

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