diseÑo de una cÁmara frigorÍfica para el almacenamiento y la conservaciÓn de papayas

ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO

PROYECTO DE REFRIGERACIÓN.

TEMA:

“DISEÑO DE UNA CÁMARA FRIGORÍFICA PARA EL ALMACENAMIENTO Y LA CONSERVACIÓN DE PAPAYAS”.

OBJETIVO GENERAL:

Realizar el diseño de una cámara frigorífica para el almacenamiento y la conservación de papayas utilizando guías y manuales de refrigeración.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Calcular la cantidad de carga de refrigeración necesaria para la cámara frigorífica, tomando en cuenta todos los aspectos necesarios.

Dimensionar en base a la carga de refrigeración total calculada los elementos del sistema como son el compresor, condensador, evaporador, válvulas, etc.

Utilizar datos que correspondan al medio donde se implementará la cámara fría para poder aplicar este diseño en caso de ser necesario.

MARCO TEÓRICO:

CÁMARA FRIGORÍFICA.

Un frigorífico o cámara frigorífica es una instalación industrial estatal o privada en la cual se almacenan carnes o vegetales para su posterior comercialización.

La posibilidad de ofrecer los frutos y las carnes durante un período más largo tiene una importancia alimenticia y económica muy grande. Para ello se almacenan los productos en cuartos frigoríficos a temperatura apropiada que permite ofrecerlo al consumidor mucho tiempo después de la cosecha. Hay tablas que indican a qué temperatura y humedad relativa y cuál es el tiempo máximo que es necesario mantener cada uno antes de enviarlos al mercado.

FRIGORÍFICO DE FRUTAS Y HORTALIZAS.

Para sacar el mayor provecho del almacenamiento en el frigorífico de frutas y hortalizas, hay que realizar correctamente operaciones previas en la cosecha y post cosecha, a saber:

COSECHA.

El fruto debe ser cosechado al comenzar el período de maduración para que le quede, después de enfriado, el tiempo necesario para el empaque y las etapas de comercialización y al consumidor le llegue días antes de la completa maduración.Durante la cosecha se debe evitar que el fruto reciba golpes. En fincas grandes el cosechador deposita el fruto en una bolsa de tela que lleva adherida a la cintura.

REFRIGERACIÓN Y A. A. - 1 - IX “B” ELECTROMECÁNICA


Cuando está llena vuelca el contenido en cajones, situados entre las filas de los árboles, que pueden contener 300-400 kg de fruta. Los cajones que en el pasado eran de madera y ahora generalmente de plástico, son de diferentes medidas. Un modelo es de 1.60 x 1.05 m y 0.60 m de alto y otro 1.12 x 1.12 y 0.80 m de alto, y tienen patas que encajan en el marco superior de un cajón inferior formando estibas. Un tractor, que tiene montado a la toma de fuerza hidráulica un aplique que lo transforma en un montacargas elevador, lo transporta a un camión y éste al patio techado del frigorífico. En fincas pequeñas el cosechador lleva una caja de plástico para 20 kg. Cuando la llena, la lleva a un techado formando estibas y un camión las transporta al frigorífico. El daño a los tejidos por golpes o caídas no se notan en el momento pero el tejido dañado es atacado por bacterias y al poco tiepo se pudre, lo que daña a los frutos que están en la cercanía. En otros casos aparecen manchas en la piel.

POST COSECHA.

Cuando el lote está programado para permanecer en el frigorífico muchos meses o está destinado a la exportación, se realiza una preselección. La base del equipo es una mesa con un tapiz rodante de goma. Personal a los costados de la mesa retira lo que no debe entrar en el lote, ya sea material dañado o tamaños inadecuados. Se puede completar el equipo con un volcador mecánico y un volcador a cajones de la mercadería seleccionada. Hay casos de fumigaciones para curar heridas o inhibir brotes, etc.

PARÁMETROS.

Cuatro parámetros determinan el comportamiento del fruto en el frigorífico: Temperatura, humedad relativa, tiempo de almacenamiento y si es climáticos o no. Se dan tablas con valores de temperatura y humedad relativa que deben reinar en el cuarto y el tiempo que es posible mantener a frutas y hortalizas. Los valores son aproximados, ya que varían con la variedad y el clima de la región.

TEMPERATURA.

Se puede indicar en forma general que las frutas y hortalizas de clima templado se deben mantener entre 0 °C y 4 °C y los de clima subtropical y tropical de 8º hasta 13 °C. Cuando se almacenan frutos con diferentes temperaturas, se tendrá que enfriar a la temperatura más alta por el peligro de deterioro. Las frutas tropicales y las verduras no prolongan su vida útil bajando la temperatura. Cuentan con la ventaja de un período de cosecha largo.

HUMEDAD RELATIVA.

La gran mayoría requiere 95-98% de humedad. Si la humedad en la cámara es menor que la que corresponde, el aire toma humedad del fruto almacenado y éste al salir pesa menos que a la entrada y hay peligro que la piel se arrugue. Si llega al 100% hay peligro que al pasar por el evaporador parte de la humedad se congele.


http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad_relativa


TIEMPO.

Las que mejor responden al enfriamiento son las manzanas y peras (4-5 meses), zanahorias, cebollas y ajos (4-6 meses), papas y batatas hasta la cosecha del año siguiente. Mango, avocado y banano para la exportación se cosechan verdes, y van madurando hasta que llegan a destino. El banano que llega a destino verde, se madura en cuartos con etileno.

ENFRIAMIENTO RÁPIDO.

A medida que baja la temperatura, la actividad de las bacterias disminuye y también el ritmo de respiración, por eso es importante llegar en el menor tiempo a +/- 10 °C. En el caso de peras y manzanas se permite llegar en 24 horas pero en muchos casos es necesario llegar más rápido. Para ello hay varias posibilidades, a saber:

Cámara de enfriamiento rápido: En frigorífico de varias cámaras se instala una con compresor más potente. La carga destinada a una cámara común se coloca primero en la de enfriamiento rápido que llega en pocas horas a alrededor de 10 °C.

Corrientes de aire frío: En un túnel de aire frío con 100% de humedad se pasa la fruta ya acomodada en canastillas de plástico. Se aplica para frutilla y cereza.

Agua fría (hydro cooling): El fruto se sumerge en piletas de agua fría que circula en circuito cerrado. Una cinta transportadora de tubos recoge el fruto lavado y enfriado y lo lleva a la planta de selección, clasificación y empaque y de allí al mercado o al frigorífico. Se aplica a zanahorias, nabo y rábano.

Enfriado en vacío (vacuum cooling): Para hortalizas de hoja que no pueden pasar por túnel de aire ni agua. Se introduce la hortaliza empacada y acomodada en palés en un cilindro de hierro reforzado donde se hace un vacío de 4 mm de Hg (la presión atmosférica es de 760 mm de Hg). En las condiciones de baja presión, el agua de los tejidos se evapora. El calor latente necesario lo toma de las hojas enfriándolas. Hay además en el interior del cilindro un equipo de enfriamiento. Se aplica a lechuga, espinaca.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.

Conjunto de elementos que constituyen un circuito frigorífico cerrado a través de los que circula o permanece un refrigerante, con el fin de extraer o ceder calor de un medio exterior a dicho circuito.

APLICACIONES:

Las aplicaciones que podemos encontrar en la industria seria el Tratamientos frigoríficos, conservación y congelación de productos, ensayos de control de calidad e investigación multidisciplinar.



CARACTERÍSTICAS EXIGIBLES:

El aislamiento térmico optimizado. La alarma de averías. Control de temperatura de precisión con apreciación de 0,1ºC. Mantenimiento de la tolerancia térmica. Programación automática de temperatura.

CONSTRUCCIÓN RECOMENDADA DE CÁMARAS DE REFRIGERACIÓN.

Cuerpo de Cámara Frigorífica fabricadas en base a paneles de poliuretano de alta densidad,(40kgm/m3 y 90% de celda cerrada). Lámina pintro calibre 26 con espesor de 1.5", 2", 2.5", 3", 4",5",6" (dependiendo del producto, la temperatura de cámara y zona geográfica).

PISO.

Puede ser en base a panel, o polystyrene esperado, o en placas con fibra asfáltica.

PUERTAS.

Abatibles, corredizas, over head, y de guillotina de cualquier tamaño en refrigeración o congelación. Los materiales son: Lámina pintro, galvanizada, acero inoxidable, cristal (reach in) y madera.

OTROS ACCESORIOS.

Sistemas eléctricos para puertas. Unidades Condensadoras y evaporadores. Multypanel. Molduras. Cortinas hawaianas y de aire. Sellos de contacto para trailer, camión. Plataformas móviles. Tableros de control electrónicos. Graficadores de termperatura.

CIUDAD DE LATACUNGA.



Ubicación: Latacunga se encuentra a 89 km al sur de Quito, en la Provincia de Cotopaxi.Altitud: 2.850 m.s.n.mTemperatura promedio: 12 a 15° C promedio.Indice de humedad relativa: Registra valores del orden del 70% al 80%, incrementándose en la temporada lluviosa.

Es una ciudad en Ecuador, capital de la provincia de Cotopaxi y cabecera cantonal del cantón homónimo.

Se encuentra en la Sierra Central del país, nombre con el que se conoce a la cordillera de los Andes en el Ecuador, cerca del volcán Cotopaxi.

Según el censo de población del 2001 cantón tenía una población de 143.979 habitantes.

LA PAPAYA.



Se trata de una fruta en forma ovalada, esférica, alargada o periforme (en forma de pera) según las diferentes variedades. Su peso puede variar desde los 400 gramos que son las que se comercializan en nuestro país, a los 7 kilogramos de algunas especies. Su longitud oscila entre los 7 y los 70 centímetros.La piel correosa de la papaya es de color verde oscuro que se torna amarillenta al madurar. La pulpa es compacta, de textura similar a la del melón y de color amarillo, anaranjado o salmón; jugosa (su contenido en agua puede llegar hasta el 90 %), de sabor dulce y perfumado que recuerda a una mezcla entre albaricoque, melón y frambuesa.El interior de la papaya forma una cavidad que alberga una masa gelatinosa de semillas negras brillantes, redondas que asemejan huevas de esturión (caviar). Estas semillas no son comestibles pues tienen un fuerte sabor picante.La papaya se cultiva sobre todo en Hawai, India, Costa Rica, Tailandia, Venezuela, EE.UU. y en general, en los países de Centro y Sudamérica. Las consumidas en España proceden básicamente de Brasil y en mucha menor proporción de las Islas Canarias.

CONSERVACIÓN.

La temperatura ideal para la perfecta conservación de la papaya durante su trasporte y almacenamiento es de entre 8 y 10º C. A esta temperatura y con una humedad relativa en torno al 80-85 % pueden conservarse cerca de 4 semanas sin merma de calidad.

Una vez madurado el fruto, cuando ya ha concluido su proceso de formación, puede conservarse a una temperatura inferior a la anterior, alrededor de 4º C.

Hay que tener en cuenta que temperaturas inferiores a los 8º C. antes de concluir el proceso de maduración son perjudiciales para la fruta. La pulpa se decolora e incluso puede llegar a interrumpirse el proceso de maduración.

DISEÑO DE LA CÁMARA FRIGORÍFICA.



DATOS:

UBICACIÓN DE LA CÁMARA FRIGORÍFICA:

Lugar: Ciudad de Latacunga, provincia de Cotopaxi, ECUADOR. Temperatura Diaria Promedio: 59°F (15°C). Humedad Relativa: 76%.

DIMENSIONES DE LA CÁMARA FRIGORÍFICA:

Altura: 20 ft (a).

Ancho: 30 ft (b).

Largo: 25 ft (c).

Aislamiento: Poliuretano Espesor: 4 pulgadas.

Espesor de la pared: 6 pulgadas.

CONDICIONES DE LA CÁMARA FRIGORÍFICA:

Aplicación de la cámara: Refrigeración de Papayas.

Temperatura en el medio exterior: 59°F (15°C).

Temperatura de almacenamiento: 45 °F (7,2 °C).

Diferencia de Temperatura: 14 °F

Carga eléctrica de luces y motores: 1000 watts (10horas/dia).

Número de ocupantes de la cámara: 2.

Peso total del producto almacenado: 8000 libras.

Información del producto: Papayas frescas llegan desde Santo Domingo a 70°F.

CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN:

A) CARGA DE TRANSMISIÓN EN PAREDES.



a) Superficie de las paredes exteriores.

S=2 [ (a×b )+(b×c )+(a×c ) ]S=2 [ (20×30 )+ (30×25 )+(20×25 ) ]

S=3700 ft2

b) De la Tabla 2 Btu loads/ft2/24 hours= 13,44 (INTERPOLACIÓN).

3700 ft 2×13,44Btu

ft 2=49728 Btu

día

B) CARGA POR INFILTRACIÓN DE AIRE O APERTURA DE PUERTAS.

a) Volumen en el interior de la cámara.

19×29×24=13224 ft3

b) De la Tabla 3 cambio de aire por cada 24 horas= 3,226 (INTERPOLACIÓN).

c) De la Tabla 4 Btu/ ft3= 0,72.

13224 ft3×3,226×0,72Btu

ft3=30716 Btu

día

C) CARGA DEL PRODUCTO.

1. Carga debido a la reducción de temperatura del producto.

a) Peso total del producto= 8000 lbs.

b) Reducción de la temperatura del producto a helar= 25 °F.

c) De la Tabla 5 Calor específico sobre el congelamiento= 0,82.

8000 lbs×25℉×0,82Btulbs℉

=164000 Btudía

2. Carga de Calor de Respiración.a) Peso total del producto= 8000 lbs.b) De la Tabla 6 calor de respiración por libra= 0 Btu/lb.

8000 lbs×0Btulbs

=0 Btudía

D) CARGAS DIVERSAS.a) Carga Eléctrica (Watts).

1000watt ×3,42Btuwatt

×24×1024

=34200 Btudía

b) De la Tabla 8 Calor equivalente por el número de ocupantes.



2×780Btuh×24 h=37440 Btu

día

E) CARGA TOTAL SIN AGREGAR EL FACTOR DE SEGURIDAD.

C .T .=316084 Btudía

F) FACTOR DE SEGURIDAD (10% C.T.).


×10%=31608 Btudía

G) CARGA TOTAL INCLUIDO EL FACTOR DE SEGURIDAD.


+31608 Btudía

=347692 Btudía

H) CARGA TOTAL DE REFRIGERACIÓN:

Total BtuPer 24HoursCompresor RunningTime (See page12)

=34769216

=21731 BTUHR

LOAD

SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA.

SELECCIÓN DEL EVAPORADOR.

21731BTUh×

1KW

3.42×103h

BTU=6,35KW

21731BTUh

x1TONR12000

hBTU

=1,81TONR

Por lo tanto necesitamos un evaporador que tenga una capacidad de 6,35 KW y de 1,81 TONR, con el fin de absorber todo ese calor de la cámara fría.

Humedad relativa: 76%.

Humedad Relativa %Diseño DT ºFConvección Natural Convección Forzada

95-91 12-14 8-1090-86 14-16 10-1285-81 16-18 12-1480-76 18-20 14-1675-70 20-22 16-18

DISEÑO DE EVAPORADOR CON DT.



FACTOR DT= 16.

Seleccionamos el evaporador cúbico AIRCOIL serie “DE” 17E-S, paso de aleta 8mm, deshielo eléctrico.

SUPERFICIE DEL EVAPORADOR.

C .T .=21731 Btuh×h1 Frigoria3,968Btuh

=5476 Frigoriashora

S=5476 Frigorias /hora10℃×6

=91,26m2

SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE.

Se utiliza el refrigerante R-134a (tetrafluoretano), utilizado para refrigeración comercial, reemplazo ecológico del R-12.

PROPIEDADES DEL R-134a.

SELECCIÓN DEL COMPRESOR.



21731BTUh×

1KW

3.42×103h

BTU=6,35KW

A esto se debe adicionar un factor de seguridad del 20%. Esto se debe a que el compresor nunca trabaja al 100% de su capacidad.

Capacidad=6,35KW ×1,20=7,62KW

POR LO TANTO SE NECESITA UN COMPRESOR DE: 7,62 KW.

TEMPERATURA DEL EVAPORADOR:

ºT=T aobtener+T ebullicióndelrefrigeranteºT=7 ,22−26 ,3=−19 ,07 ºC

Se utiliza un compresor de la marca CARRIER, modelo 06 VR 412Y. Temperatura de condensación 50°C. Potencia mecánica 3 Hp. Temperatura de evaporación (-5°C).

SELECCIÓN DEL CONDENSADOR.



Para poder determinar la capacidad del condensador tenemos que tomar en cuenta los siguientes parámetros:

Carga frigorífica: 6,35 KW

Carga por potencia al freno: 3HPx

0 ,746KWHp

=2 ,23 KW

Factor de seguridad: 6,35KW ×1,2=7,62KW

Factor por incrustaciones en los tubos: 6,35KW ×0,15=0,95KW

CAPACIDAD DEL CONDENSADOR: 10,8 KW.

DT de diseño: 40°F DT, se escoge este factor porque la diferencia de temperatura de diseño es de 10°C (50°F, debido a la tabla de condensadores).

FACTOR DE CORRECCIÓN POR DT: 0,75.

FACTORES DE RECHAZO DEL CALOR.



Temperatura de condensación: 50°C (122°F). Temperatura de evaporación: -22,3°C (-8,14°F). Factor de rechazo del calor: 1,57

Carga frigorífica corregida = carga frigorífica*factor de corrección por DT*factor de rechazo del calor

C . F .C .=10,8KW ×O ,75×1,57=12,7KW

CARGA FRIGORÍFICA CORREGIDA = 12,7 KW.

Se utiliza un Condensador FRASCOLD, Modelo USA-C16M, para una carga de 12,7 KW (especificaciones de la tabla).

SELECCIÓN DE LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN.

La válvula de expansión deberá tener una capacidad de 1,81 TONR para R-134a.



Se utiliza una válvula de expansión termostática SPORLAN, tipo C-S, capacidad nominal 1,81 Toneladas, temperatura de evaporación -20°C, para el refrigerante 134a.

Descripción y aplicación de la válvulaRango de capacidad nominal (TONR): 1/2 a 2 para R-134ª.Cuerpo de bronce fundido, ajustable externamente y conexiones con bridas.La entrada tiene un filtro de malla número 12. Esta válvula ofrece capacidades mayores que la Tipo H y es apropiada para aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración.

SELECCIÓN DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Capacidad del sistema: 6,35 KW (8,5 Hp).Refrigerante: R-134a



Se utiliza un intercambiador de calor Packless, modelo HXR-350A, especificado en la tabla de selección.

SELECCIÓN DEL ACUMULADOR DE SUCCIÓN.

Capacidad del sistema: 1,81 TONR.Refrigerante: R-134a.

Se utiliza un acumulador de succión ANTARTIC, modelo 2846-AS-6126-7.



SELECCIÓN DEL SEPARADOR DE ACEITE.

Capacidad del sistema: 1,81 TONR.Refrigerante: R-134a.

Se utiliza un separador de aceite ALCO, Tipo SA abierto con bridas, modelo SA-501.



SELECCIÓN DEL RECEPTOR DE LÍQUIDO.

Refrigerante: R-134a.

Se utiliza un receptor de líquido Frascold, modelo S8063.

CONCLUSIONES:

Para el correcto diseño o rediseño de instalaciones de refrigeración es necesario el conocimiento de los principios básicos de mecánica de los fluidos, termodinámica y transferencia de calor.

Para la correcta selección de una sustancia refrigerante es necesario tener en cuenta una valoración económica, de eficiencia energética y mediomabiental.

Se deben proyectar todas las acciones posibles para disminuir la carga térmica que debe ser capaz de ser eliminada por el sistema de refrigeración.

No solo basta una correcta selección de la instalación sino se tiene en cuenta el regimen de operación de la misma así como el mantenimiento.

RECOMENDACIONES:

Se recomienda seguir cuidadosamente cada uno de los pasos para dicho diseño puesto que si no se acata todas las indicaciones podemos a tener a futuro un mal funcionamiento en la vida real de la cámara de refrigeración.

BIBLIOGRAFÍA:

Dossat, R. J. Principles of Refrigeration. 4th. edition. (1996) Prentice-Hall. www.monografias.com

Selection Guide.- Refrigeration (TOTALINE). www.disenorefrig.compont.com


http://www.disenorefrig.compont.com/

http://www.monografias.com/

diseÑo de una cÁmara frigorÍfica para el almacenamiento y la conservaciÓn de papayas

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