ANLLY MELISA FLOREZ DE LA OSSA

ZAMIRA ALEXANDRA PEREZ FLOREZ

ANDREA ESTHER VELEZ RAMOS

UNIVERSIDAD DE CORDOBA

23/05/2013

2013DISEÑO DE CAMARA FRIGORIFICA PARA BANANOS

1. INTRODUCCION

El banano pertenece al orden Zingiberales, familia Musáceas y género Musa. El

banano en un cultivo permanente que se autoreemplaza con un pequeño retoño

que crece al lado de la planta y muere al ser cosechada.

Esta fruta, cilíndrica con 3 ángulos pronunciados, se consume en diversos

estados de madurez y de ello depende su sabor entre otras características. Son

hierbas gigantes con pseudotallos aéreos que se originan de rizomas carnosos o

colinos con múltiples yemas laterales. Los pedúnculos de las hojas se cubren en

forma helicoidal formando los pseudotallos. Debido a que las variedades

modernas de plátanos y bananos se caracterizan por su parte no carpia, su

propagación es exclusivamente por medios vegetativos.

Este diseño tiene como finalidad adecuar las condiciones necesarias para la

conserva de bananos durante un tiempo determinado.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL: Diseñar un cuarto frigorífico para la refrigeración y

almacenamiento refrigerado de bananos durante un tiempo determinado.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Caracterizar el banano como producto a refrigerar y a almacenar

Dimensionar la cámara con la que vamos a refrigerar y a almacenar.

Calcular la carga total de enfriamiento

Calcular la carga total de almacenamiento

Caracterizar el sistema de refrigeración

3. MARCO TEORICO

El banano es un cultivo permanente que se auto reemplaza con un pequeño

retoño que crece al lado de la planta y muere al ser cosechada. Las dos especies

más conocidas en nuestro medio son: la musa paradisíaca que corresponde al

plátano para cocción, y el Cavendish Valery o banano.

Por sus fines de exportación se cultiva con tecnología de punta y exhaustivo

control de todos sus requerimientos. La rentabilidad del cultivo frente a otras

alternativas productivas permite el uso de nuevas tecnologías de riego, drenaje y

transporte. Los factores que se deben tener en cuenta para un óptimo cultivo son

(Milán, Jesús; 2000):

Temperatura. La temperatura media que es óptima para el cultivo es de 25°C.

Temperaturas entre 25 y 30°C le favorecen. La humedad relativa apropiada se

estima en un 50%.

Luminosidad. Se requieren 1.200 h/año, aproximadamente de 3 a 5 horas de sol

brillante por día y una acumulación de 4.380 h/luz al año. La planta es muy

eficiente capturadora de energía solar para sus procesos de fotosíntesis, razón por

la que en las zonas de menor heliofanía o temporadas nubladas el tamaño de las

hojas es mayor, situación que debilita los tejidos y los hace susceptibles de

contraer enfermedades.

Nutrición. El banano es una fruta de agradable sabor, altamente enérgico, rico en

carbohidratos y contiene poca grasa. Ayuda a proveer vitaminas esenciales como

la vitamina C, B1, B2 y B6. También contiene grandes cantidades de potasio y

magnesio. Los niveles de sodio son bajos y pobre en proteínas y lípidos.

Cosecha. Esta debe realizarse una vez calibrada la fruta, para determinar el

estado fisiológico adecuado. Dicha calibración se realiza tomándole el diámetro

del dedo medio de la última mano y se comprueba con la segunda mano. El

diámetro dependerá fundamentalmente de la variedad.

Manejo poscosecha. Durante esta fase la fruta debe recibir un máximo cuidado

para preservar su calidad; de allí que el manejo, transporte y almacenamiento

estarán a cargo de un personal calificado en dichas labores. Manejo poscosecha.

Durante esta fase la fruta debe recibir un máximo cuidado para preservar su

calidad; de allí que el manejo, transporte y almacenamiento estarán a cargo de un

personal calificado en dichas labores.

Transporte. Al término de la colocación de las manos debe recogerse el plástico

como una bolsa, se amarra con una liga gruesa y se coloca el nudo en un lugar

donde no produzca compresión en la fruta al momento de cerrar la caja. No debe

olvidarse el extraer la mayor cantidad de aire a la bolsa.

NORMATIVIDAD

El grado de desarrollo y el estado del banano debe permitir el transporte y

manipulación de manera que llegue satisfactoriamente al lugar de destino.

De acuerdo con la “Norma NTC 1190,” Industria “Alimentaria – plátano”, dada por

el ICONTEC en 1976 los bananos se clasifican por su tamaño en tres categorías:

Extra, Primera y Segunda, en cada una de las cuales los frutos deben estar (Milán,

Jesús; 2000):

• Enteros, duros, con la forma característica de la variedad.

• Secos, limpios, sin manchas ni grietas.

•Sin rayas profundas, ni ataques de plagas o enfermedades.

•Sin principios de pudrición, magulladuras, heridas no cicatrizadas o cuellos.

• El plátano se puede comercializar verde, pintón o maduro, en manos, dedos o

racimos.

Daños mecánicos

Los daños mecánicos son uno de los principales factores que conducen al

deterioro poscosecha de los bananos y pueden ocurrir en cualquier momento

desde el punto de la cosecha hasta el punto de consumo12. Los daños mecánicos

pueden restar valor a la apariencia del producto y crear el potencial para la

penetración de infecciones. También pueden resultar en una baja calidad para el

mercado y precios más bajos. Existen tres principales fuentes de daño mecánico

que afectan a los bananos y son las siguientes (Milán, Jesús; 2000):

. 1. Impacto. Los daños por impacto pueden resultar en magulladuras con o sin

rotura de la cáscara. Las magulladuras por impacto son causadas por un golpe

fuerte como por ejemplo, el de un objeto que cae sobre la fruta, el de la fruta que

cae contra otra fruta en una superficie dura con fuerza suficiente para dañar las

células. El daño por impacto puede ocurrir a través de todo el proceso de

comercialización desde la cosecha hasta la llegada al consumidor. Algunas veces

los daños no son visibles pero pueden presentarse más tarde.

2. Presión o compresión. Los daños por compresión resultan de la presión

excesiva sobre la fruta. No hay necesidad de movimiento físico para que ocurra el

daño por presión. El daño por presión puede ser causado por otras frutas y ocurre

primariamente durante y después del empaque como resultado de forzar la

entrada de demasiados productos en un contenedor muy pequeño (es decir, sobre

empacado, o cuando los empaques se apilan muy alto, uno arriba de otro).

3. Vibración. El daño por vibración es principalmente asociado con el transporte y

resulta de la vibración repetida y prolongada de la fruta.

Este daño es mayor en las capas superiores de la fruta, particularmente, cuando

el empaque es poco compacto, ya que en esta situación nada impide que la fruta

vibre durante el transporte y distribución. El daño por vibración es particularmente

severo cuando el empaque de las frutas es muy suelto.

Los factores que pueden ser causa son los siguientes:

• Factores precosecha. Entre los factores precosecha que pueden ser causa de

daños mecánicos en los bananos, se encuentran: clima, viento, aspersión y

aplicación de fertilizantes, plagas e insectos, pájaros, roedores e implementos de

cultivo.

• Factores de cosecha. Durante el proceso de la cosecha, el daño mecánico

podría resultar de las pobres técnicas de cosecha y manipulación. La tierra que se

adhiere a las frutas (cuando se permite su caída durante la cosecha) también

puede causar daños como rayar las frutas al remover la tierra o lavarla.

• Factores poscosecha. Los factores poscosecha que pueden causar daño

mecánico son: alta o baja densidad en el empaque de las frutas; empaque o

manipulación pobre de las frutas empacadas durante la carga y descarga;

vibración (sacudidas) de los vehículos especialmente en malas carreteras y

velocidad de transporte.

CONDICIONES GENERALES

ASPECTO

Los plátanos deben estar enteros y duros, exteriormente secos, limpios, sin

manchas ni grietas, no deben presentar rayas profundas ni huellas de ataques de

plagas y enfermedades.

No deben presentar indicios de pudrición ni magulladuras o heridas no

cicatrizadas, ni tener el cuello roto.

El plátano puede comercializarse en estado verde, pintón o ligeramente maduro.

Así mismo, puede comercializarse en manos, dedos o racimos.

REQUISITOS (Norma NTC 1190,” Industria “Alimentaria – plátano)

GRADOS DE CALIDAD

Calidad extra

Los plátanos de esta calidad, deberán estar bien formados, tener un grado de 3/4

lleno, presentar coloración uniforme según su grado de madurez y pedúnculos

bien cortados (no pueden ser arrancados ni retorcidos). La longitud del dedo para

el plátano hartón no podrá ser inferior a 25 cm.

Calidad primera

Además de cumplir las características indicadas en el Capítulo 3, deberán estar

bien formados. Los plátanos de esta calidad podrán presentar solamente daños

superficiales y no deberán presentar manchas entre las aristas.

La cadena de frio en banano es un proceso integrado desde finca hasta punto final

de venta. Todos aquellos grupos que participan a lo largo del proceso son

responsables de manejar la fruta de la mejor manera posible. Las 3 reglas

principales son: 1) Cosechar la fruta a la edad óptima y con la mejor calidad

posible, 2) Acelerar el proceso de empaque y su envío a puerto de origen, y 3)

Iniciar refrigeración a la mayor brevedad.

Calidad segunda

Además de cumplir las características indicadas en el capítulo 3, podrán presentar

daños superficiales pero no podrán presentar manchas en más de una tercera

parte de su superficie total.

TOLERANCIAS

Para la calidad extra

Se admitirá un 5 % de plátanos que tengan el cuello roto o no cumplan las

especificaciones del anterior, pero que cumplan las especificaciones de la calidad

primera.

Para la calidad primera

Se admitirá hasta el 10 % de plátanos que tengan el cuello roto o no cumplan las

especificaciones anteriores, pero que cumplan las especificaciones de la calidad

segunda, siempre que los defectos no los hagan impropios para el consumo.

Para la calidad segunda

Se admitirá hasta el 20 % de frutos que tengan el cuello roto o no cumplan las

especificaciones del anteriores. Podrán tener cáscara sucia y formas irregulares

(dobles, triangulares, muy curvos), siempre y cuando los defectos no los hagan

impropios para el consumo.

EMPAQUE Y TRANSPORTE

En años anteriores, casi todo el plátano se manejaba en racimos que podían o no

protegerse con papel, paja o bolsas de plástico perforadas. Los racimos con nueve

manos recibían el mejor precio del mercado, el cual disminuía considerablemente

cuando los racimos tenían 8, 7 o 6 manos. En la actualidad, la tendencia es de

empacar y transportar las manos de plátano en cajas de cartón. Con esta forma de

empaque no es necesario que el racimo tenga un tamaño en particular, la fruta se

manipula menos, pueden venderse las partes buenas de racimos dañados y no se

transportan los raquis del racimo que son material de desecho. En el caso de

exportación, se tiene adicionalmente la ventaja de utilizar mano de obra local para

la selección y empaque mientras que se usa menos mano de obra, la cual

generalmente es muy cara, en el país importador. La fruta de exportación por lo

general se empaca en cajas de cartón telescópicas de aproximadamente 18 kg

(plátano de mesa) y 23 kg (plátano verde), que contienen una película perforada

de polietileno para modificar la atmósfera y retrasar el proceso de maduración. La

carga se transporta en barcos, en contenedores refrigerados. Cuando las

distancias al lugar de distribución y consumo no son muy grandes, es posible

utilizar trailers o camiones debidamente acondicionados para el transporte de la

fruta, con o sin refrigeración.

En varios países latinoamericanos todavía se acostumbra manejar y transportar el

plátano a granel en racimos enteros y sin ningún cuidado para la fruta. El plátano

de mesa (tipo seda) también se comercializa en jabas o cajas de madera que por

lo general son totalmente inadecuadas para empacar esta fruta y que le ocasionan

graves daños al producto. El transporte se realiza en vehículos en los que por lo

general no existe control de temperatura ni humedad relativa y en los que además

es común dejar el producto descubierto sin protección para la lluvia y el sol. En las

Figuras 17 a 19 se muestra el uso de empaques y transportes inadecuados y el

daño que ello ocasiona al producto. (Milan, Jesus. 2000)

CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO

Las bodegas de almacenamiento deben enfriarse antes de la entrada del

producto. La temperatura de la fruta debe bajar hasta 13 ºC tan pronto como sea

posible. La fruta verde-madura puede conservarse por 1 a 4 semanas;

dependiendo de las condiciones de manejo y estado de madurez de la misma.

Una vez maduro, el plátano no dura más de 2 a 4 días, dependiendo de la

temperatura del medio ambiente. El plátano debe permanecer almacenado a 13°-

14°C, con una humedad relativa del 90 al 95% para el plátano verde-maduro o

pintón y de 85% si está maduro. La bodega debe contar con un buen sistema de

ventilación para eliminar el etileno y los otros gases producidos durante la

respiración del fruto. La altura de la estiba depende de la resistencia de las cajas,

pudiendo llegar hasta ocho hileras de altura. (Milan, Jesus. 2000)

DAÑO POR ENFRIAMIENTO

Temperaturas de 11° a 12°C producen daño por enfriamiento. La fruta verde-

madura es ligeramente más sensible al frío que la madura. La fruta afectada

presenta decoloración de la cáscara, oscurecimiento de la pulpa y fallas en la

maduración. Los síntomas del daño por enfriamiento se hacen más evidentes

cuando el plátano es expuesto a temperaturas normales, después del

enfriamiento. La fruta dañada por frío además es muy susceptible al daño

mecánico ocasionado durante su manejo.

Unas pocas horas de exposición del producto a 10°C puede resultar en el

opacamiento del color de la cáscara; en tanto que son suficientes 12 horas a 7°C

para afectar la calidad de consumo de esta fruta. (Milan, Jesus. 2000)

MANEJO EN EL CENTRO DE EMPAQUE

La secuencia de manejo en el centro de selección y empaque se muestra en la

Figura 8. La primera actividad en el centro de empaque consiste en colgar los

racimos y verificar la calidad de la fruta (llenado, longitud, daños); procediendo a la

eliminación o procesamiento de la fruta que no califica para el mercado de

producto fresco. Asimismo, se procede a retirar la espuma plástica colocada entre

la fruta de los racimos y a eliminar los remanentes florales de los frutos cuando

éstos están presentes. (FAO, 2005)

Después, se procede a separar la fruta en unidades o "manos" que pueden

contener de 4 a 10 plátanos cada una. Para esto se debe utilizar un cuchillo

especial de forma curva. Las manos de plátanos se colocan en tanques de agua

para eliminar el látex que sale por el punto de corte. El agua, además, favorece la

coagulación del látex. El contacto del látex con la superficie de la fruta la mancha

afectando su calidad comercial. Esta operación puede requerir un baño adicional

en un segundo tanque para asegurar la completa eliminación del látex. El agua

utilizada debe contener cloro activo en concentraciones de 100 a 200 ppm. (FAO,

2005)

3. DISEÑO DE CAMARA FRIGORIFICA PARA BANANOS

3.1 CARACTERIZACION DEL PRODUCTO

El banano es una fruta tropical que es aprovechada principalmente para su

consumo fresco, este posee aproximadamente la siguiente composición

nutricional:

Agua: 75,2%

Carbohidratos: 21,5%

Fibra: 2,5%

Grasa total: 0,3

Minerales: 0,5%

Con estos datos se halló el valor de Cp= 4,44 KJ/KgºC a través de Choi & Okos

Características físicas del producto

Los bananos que van a ser almacenados van a tener unas características

especificas con respecto al tamaño, calibre, peso y estado de madurez (Guía para

exportación de plátano a los Estados Unidos).

Tamaño: 8,5 pulgadas (21,9 cm aprox.)

Calibre: 1,54 pulgadas (3,9 cm aprox.)

Peso: 300 gramos

Estado de madurez: Los bananos inicialmente deben estar inmaduros, es

decir, de un color verde intenso pero fisiológicamente maduro. (Estado 1)

Condiciones de recolección y almacenamiento

Condiciones durante la recolección: 29ºC y 90%HR.

Temperatura de la fruta en la recolección: 24ºC.

Temperatura de almacenamiento: 13ºC, ya que un almacenamiento bajo

temperaturas menores a 12ºC pueden provocar daños por enfriamiento,

mientras que superiores a 13.5ºC acelerarían el proceso de maduración.

(Guía para exportación de plátano a los Estados Unidos)

Tiempo de almacenamiento: Antes de lograr su madurez de consumición se

pueden almacenar hasta unos 14 a 22 días a una temperatura de 13ºC y

humedad relativa de 90%. (Agricultura Orgánica en el Trópico y Subtrópico

del Banano, 2001)

3.2 DIMENSIONAMIENTO DE LA CAMARA FRIGORIFICA

3.2.1. CRITERIOS DE DISEÑO

Producto a almacenar: Bananos

Capacidad de almacenamiento: 24600 kg de fruta - 24,6 Ton. (1000 cajas de

24,6 Kg)

Embalaje del producto: Después de la selección y lavado, se almacenan los

bananos en cajas de cartón corrugado la cual posee unas dimensiones de

20x51x34 cm. (Fuente: Guía de exportación plátanos para el mercado de Estados

Unidos).

Se recomienda que en el almacenamiento de las cajas sean colocadas en tarimas

de madera de 48” x 40” (1.2m x 1.02m) colocando en la base de cada paleta seis

cajas, por ocho niveles de altura, para un total de 48 cajas cada paleta (Fuente:

Norma ISO Estándar 6780).

Con base a lo anterior, las estibas totales a usar son:

1000 cajas / 48 cajas por estiba = 21 estibas

La empresa EMPCA S.A produce cajas de cartón corrugadas a medidas exactas

que se requieran, con las dimensiones establecidas:

Tabla 1. Propiedades de las cajas (Fuente: EMPCA S.A.)

Peso 0,5 Kg

Cp 1,57 KJ/KgºC

La compañía ECOFORMAS ofrece estibas idénticas a las necesitadas:

Tabla 2. Propiedades de las estibas (Fuente: ECOFORMAS S.A.)

Peso 23 Kg

Cp 2,72 KJ/KgºC

Capacidad 1500 Kg

Entradas 4

Alto 15 cm = 0,15 m

Montacargas: Se utilizaran 2 montacargas eléctricos para llenar la cámara, la

compañía ECOFORMAS S.A ofrece este producto con las siguientes

características y recomendaciones:

Tabla 3. Montacargas eléctrico (Fuente: ECOFORMAS S.A.)

Largo 3100 mm = 3,1 m

Ancho 1130 mm = 1,13 m

Alto 2005 mm = 2,005 m

Capacidad de carga 2000 Kg

Ancho de pasillo 3200 mm = 3,2 m

3.2.2. ÁREA Y VOLUMEN DE LA CÁMARA: Para esta determinación se tendrán

en cuenta las siguientes recomendaciones:

Según el Decreto 3075, capítulo 7, art. 31, Inciso d, establece que la

separación mínima con respecto a las paredes debe ser 60cm.

En los diseños de cuartos fríos es habitual dejar un espacio libre donde

el evaporador descarga el aire de refrigeración para generar la

recirculación, este espacio oscila entre 0,4 – 0,5 m. Para este diseño

tomaremos como espacio libre superior 0,5 m.

Las puertas tendrán dimensiones de 2,5m de alto y 2m de ancho, esto

teniendo en cuanta las dimensiones del montacarga, compuestas por

los mismos materiales de las paredes.

De acuerdo a la medida de los arrumes, espacios libres, separaciones de la pared,

medida de las estibas, altura del montacarga; las dimensiones internas

escogidas son:

Alto: 3.5 metros

Largo: 13 metros

Ancho: 7 metros

Ahora:

Vinterno = Alto x Largo x Ancho = 318.5 m3

Ainterna = (Alto x Largo) x 2 + (Largo x Ancho) x 2 + (Ancho x Alto) x 2 = 322 m2

Para las dimensiones externas se tendrán en cuenta la composición de paredes,

techo y piso. En este caso estarán fabricados de (Según catálogo general 2012

de SAVEMAH, cámara frigorífica modular a medida para conservación):

ENTRADA

Para paredes y techo estarán fabricados en poliuretano inyectado a alta

presión (60mm de espesor y k=0,035 W/mºC), un revestimiento interior de

acero inoxidable (0,6mm de espesor y k= 15 W/mºC) y un revestimiento

exterior de acero galvanizado (0,5mm de espesor y k= 52,5 W/mºC)

Para paneles de suelo se utilizará poliuretano rígido de espesor 60mm con

revestimiento interior de acero inoxidable antideslizante de 10mm y un

revestimiento galvanizado de 0,5 mm de espesor.

Ahora con el espesor de las paredes se tiene que las dimensiones externas de la

cámara son:

Alto: 3,7 m

Largo: 13,2 m

Ancho: 7,2 m

Ahora:

Vexterno = Alto x Largo x Ancho = 351,65 m3

Aexterna = (Alto x Largo) x 2 + (Largo x Ancho) x 2 + (Ancho x Alto) x 2 =

341,04 m2

3.3 DETERMINACIÓN DE CARGAS TERMICAS DURANTE EL ENFRIAMIENTO

3.3.1. CARGA POR PAREDES Y TECHO

QParedesytecho=A( paredes y techo)∗U global∗(T a−T )

Para hallar el U global es necesario hallar el h i (h convectivo Interior) y el he (h

convectivo exterior) del aire, que dependen de la velocidad del mismo, para esto

se utilizó la siguiente ecuación con la cual podemos obtener el h convectivo en

función de la velocidad del aire:

h=6,164+4,187v Con h en w/m2C

Donde ves la velocidad de aire en m/s

Velocidades de aire al interior de la cámara (Vi)= 1m/s (para frutas y

hortalizas se recomiendan velocidades entre 0,5 y 1,5 m/s para no resecar

la superficie del producto) (Elton F. Morales, 2009)

Velocidad Exterior del Aire= 4 m/s

De esta manera:

hi=6,164+4,187(1 ms )=10,35w /m2C

he=6,164+4,187(4 ms )=22,91w /m2C

El Uglobal está dado por:

U globlal=1

1hi

+ 1he

+X Ainox

K Ainox

+X poliu

K poliu

+X Agalv

K Agalv

= 11

10,35w

m2C

+1

22,91w

m2C

+0,0006m

15wmºC

+0,06m

0,035wmºC

+0,0005m

52,5wmºC

U globlal=0,54w

m2C

Ahora el calor por paredes y techo es:

QParedesytecho=Aparedesytecho∗U global∗(T a−T )

QParedesytecho=246m2∗0,54 w

m2C∗(29−13 ) ºC

QParedesytecho=2122,30Js=183366,94KJ /dia

3.3.2. CARGA POR SUELO

El Uglobal está dado por:

U globlal=1

1hi

+ 1he

+X Ainox

K Ainox

+X poliu

K poliu

+X Agalv

K Agalv

= 11

10,35w

m2C

+1

22,91w

m2C

+0,01m

15wmºC

+0,06m

0,035wmºC

+0,0005m

52,5wmºC

U globlal=0,55w

m2C

Ahora el calor por suelo es:

Qsuelo=Apiso∗U global∗(T a−T )Q

suelo=¿95,04m2∗0,55 wm2C

∗(29−13)ºC ¿

Qsuelo=839,4Js=72524,51KJ /dia

3.3.3. CARGA POR RENOVACION DE AIRE

Se realizan 6 cambios de aire por día, entonces:

QCambios Aire=V∗ºNCambios∗f

Dónde:f es Factores de cambio de aire; en nuestro caso es: f=72,6KJ /m3

(Manual de ingeniería. BOHN)

QCambios Aire=318,5m3∗6dia

∗72,6 KJm3

QCambios Aire=138738,60KJ /dia

3.3.4. CARGAS POR OPERARIOS

Se considera que laboran 3 operarios y entran 2h/día a la cámara, y el calor del

operario en BTU/día se halla por la siguiente tabla:

La temperatura de refrigeración es de 13ºC es decir 55,4ºF; extrapolando se

obtiene el valor de 15724,8BTU/día = 655,2 BTU/h

Qoperarios=q persona∗N operarios∗t

Q personas=655,2 BTU /h∗3∗2h/dia

Q personas=3931,2BTUdia

=4147,64 KJ /dia

3.3.5. CARGAS POR CARROS MONTACARGAS

Se considera que se utilizaran 3 carro y entran 2h/día a la cámara, y el calor del

montacargas se halla teniendo en cuenta la siguiente tabla dependiendo de la

capacidad de levante del carro en nuestro caso es de 2000 Kg aprox. 4000lb

Ahora:Qmc=Nº decarros∗Qcarro∗t

Qmc=3∗21000BTU /h∗2h/dia

Qmc=126000BTUdia

=132937,04KJ /dia

3.3.6. CARGAS POR ILUMINACIÓN

Se utilizaran luces de 2400W/h a razón de 3.42BTU/W por el mismo tiempo en

que entra el operario a la cámara, es decir, 2h/día.

Qilu=2400w /h∗2h/dia

Qilu=4800wdia

=17280 KJdia

3.3.7. CALOR SENSIBLE PRODUCTO

Qsensible P=M∗Cpbanano∗(T inicial−banano−T )

Qsensible P=24600kg24h

∗4,44 kcalC . Kg

∗(24−13 )C

Qsensible=1201464kJdia

3.3.8. CALOR SENSIBLE DE LAS CAJAS DE CARTÓN

QsensibleCC=M Total cajas∗Cpcajas∗(T inicial−T )

La masa total de las cajas de cartón es: 1000cajas x 0,5 Kg = 500Kg

QsensibleCC=500kg24h

∗1,57 kcalC . Kg

∗(29−13 )C

Qilu=Luces (watts )∗t

QsensibleCC=12560kJdia

3.3.9. CALOR SENSIBLE DE LAS ESTIBAS

La masa total de las estibas de madera es: 21 estibas x 23 Kg = 483Kg

Qsensible E=M∗CpMadera∗(T inicial−T )

QSensible E=483kg24h

∗2,72 kcalC .Kg

∗(29−13 )C

Qsensibles E=20853,33kcal24 h

3.3.10. CALOR DE RESPIRACIÓN

Qrespiracion=M∗HRes

Donde H Res es el calor de reacción liberado por el producto en BTU/Ton/día, y se

calcula de acuerdo a la siguiente tabla (USDA, 1995):

En este caso se toma una temperatura promedio entre la temperatura de la fruta y

la de refrigeración con el fin de hallar este calor, la temperatura es de 18,5ºC =

65.3ºF; por interpolación con los valores de bananas verdes el valor es: 6,29

BTU/Ton.

Ahora:

Qrespiracion=(24600Kg 1Ton1000Kg

)∗6,29 BTUTon

Qrespiracion=154,734BTUdia

=163,25kJ /dia

3.3.11. CALOR TOTAL DE ENFRIAMIENTO

QT=1784035,31KJdia

Aplicando un margen de seguridad de 10% el valor de real del QTOTAL es:

Margen de seguridad (10%) = 1784053,31 KJ/día * 0,1 = 178403,531 KJ/día

QT=1784035,31KJdia

+178403,531 KJdia

=1962438,84 KJdia

Suponiendo que el equipo de refrigeración opere 18 horas diarias se tiene que

1962438,84

Kjdia18hdia

=109024,38Kjh

Convirtiendo a toneladas de refrigeración

T ref=109024,38

kjh

12660=8,61 toneladasderefrigeracion

QT=Q pt+Qsuelo+QRA+Qop+Qmc+Qilu+Qs+Qsc+Qse+Q resp

3.4 DETERMINACIÓN DE CARGAS TERMICAS DURANTE EL

ALMACENAMIENTO

3.4.1. CARGA POR PAREDES Y TECHO

QParedesytecho=A( paredes y techo)∗U global∗(T a−T )

QParedesytecho=246m2∗0,54 w

m2C∗(29−13 ) ºC

QParedesytecho=2122,30Js=183366,94KJ /dia

3.4.2. CARGA POR SUELO

Qsuelo=Apiso∗U global∗(T a−T )Q

suelo=¿95,04m2∗0,55 wm2C

∗(29−13)ºC ¿

Qsuelo=839,4Js=72524,51KJ /dia

3.4.3. CARGA POR RENOVACION DE AIRE

Se realizan 1,8 cambios de aire por día durante el almacenamiento, entonces:

QCambios Aire=V∗ºNCambios∗f

Dónde:f es Factores de cambio de aire; en nuestro caso es: f=72,6KJ /m3

(Manual de ingeniería. BOHN)

QCambios Aire=318,5m3∗1,8dia

∗72,6 KJm3

QCambios Aire=41621,58KJ /dia

3.4.4. CARGAS POR OPERARIOS

Se considera que labora 1 operarios y entran 1h/día a la cámara, y el calor del

operario en BTU/día es el mismo que durante el enfriamiento: 655,2 BTU/h

Qoperarios=q persona∗N operarios∗t

Q personas=655,2 BTU /h∗1∗1h/dia

Q personas=655,2BTUdia

=691,27KJ /dia

3.4.5. CARGAS POR ILUMINACIÓN

Las mismas luces por el mismo tiempo en que entra el operario a la cámara, es

decir, 1h/día.

Qilu=2400w /h∗1h/dia

Qilu=2400wdia

=8640 KJdia

3.4.6. CALOR DE RESPIRACIÓN

Qrespi racion=M∗H Res

En este caso para hallar H Res se toma la temperatura de almacenamiento es decir

13ºC = 55.4ºF; por interpolación con los valores de bananas verdes el valor es:

3,71 BTU/Ton.

Qilu=Luces (watts )∗t

Ahora:

Qrespiracion=(24600kg 1Ton1000Kg

)∗3,71 BTUTon

Qrespiracion=91,27BTUdia

=96,29kJ /dia

3.4.7. CALOR TOTAL DE ALMACENAMIENTO

QT=306940,59KJdia

Aplicando un margen de seguridad de 10% el valor de real del QTOTAL es:

Margen de seguridad (10%) = 306940,59 KJ/día * 0,1 = 30694,059 KJ/día

QT=306940,59KJdia

+30694,059 KJdia

=337634,649 KJdia

Suponiendo que el equipo de refrigeración opere 18 horas diarias se tiene que

337634,649

Kjdia18hdia

=18757,4805Kjh

Convirtiendo a toneladas de refrigeración

QT=Q pt+Qsuelo+QRA+Qop+Qilu+Qresp

T ref=18757,4805

kjh

12660=1,481toneladas derefrigeracion

4. CARACTERIZACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

4.1. SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE: Se evaluaron dos refrigerantes y se

comparan para escoger el más adecuado. Los refrigerantes son:

El R-134a, por los siguientes motivos: la molécula no contiene ningún

átomo de cloro, responsable de la descomposición del ozono, por eso se le

adjudica a esta sustancia el potencial 0, respecto a la destrucción del ozono

y posee las siguientes características (Según: Ficha Técnica,

EUROREFRIGERANS)

El R-404a, por los siguientes motivos: Aparte de no ser dañino para la capa

de ozono, es el actual sustituyente del R-502 el cual es utilizado para el

almacenamiento refrigerado en la industria alimentaria. Posee las

siguientes características (Según: Ficha Técnica, EUROREFRIGERANS)

4.2. DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN Y DE

EVAPORACIÓN

En la temperatura de condensación debe tener un DT de 10ºC con respecto

a la temperatura del medio (Según: Manual de frio y refrigeración El

frigorista Torpe); entonces: 29ºC + 10ºC = 39ºC

La temperatura de evaporación es recomendable un DT de 7-9º para

vegetales a HR de 90% (Según: Manual de Ingeniería, BOHN); entonces:

13ºC-8ºC= 5ºC.

4.3. SELECCIÓN Y TRAZADO DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN

Con las temperaturas del evaporador y del condensador y el diagrama de Mollier

se hallan las entalpias y presiones respectivas del sistema, y con esto los

parámetros del ciclo:

La masa del refrigerante

El trabajo del compresor

La capacidad operativa (COP)

La potencia del compresor

Para ambos refrigerantes, el R-134a y el R-404ª.

PARA EL R-134a

Tevapo= 5 ºC

TCondensador=39 ºC

En el diagrama P-h del refrigerante R-134a trazamos el ciclo con las temperaturas

dadas, y hallamos las entalpias en cada punto del ciclo.

H1=H4= 245 kj/kg Palta: 990 Kpa

H2= 395kj/kg Pbaja: 350 Kpa

H3=430 kj/kg

Ahora sabemos que:

Qevaporador=M refrigerante∗(H 2−H 1 )

Como Qevaporador=QTOTAL=Qrefrig+Qalmac=127781,86Kjh

Por tanto:

M refrigerante=Qevaporador

(H 2−H 1)=127781,86

Kjh

(395−245 ) KjKg

M refrigerante=851,88kgh

Seguidamente hallamos el trabajo del compresor dado por la ecuación:

W compresor=M refrigerante∗(H 3−H2 )

W compresor=851,88kgh

∗(430−395 ) Kjkg

W compresor=29815,77Kjh

Calculamos el COP del refrigerador

COP=Q evaporador

W compresor

=127781,86

Kjh

29815,77Kjh

=4,29

Calculamos potencia del compresor:

Po=MR∗(H 3−H 2)

COP

Po=851,88

kgh

∗(430−395)KJ /Kg

4,29

Po=6957,01 KJh

=2,591HP

PARA EL R-404a

En el diagrama P-h del refrigerante R-404a trazamos el ciclo con las temperaturas

dadas, y hallamos las entalpias en cada punto del ciclo.

H1=H4= 260 kj/kg Palta: 1700 Kpa

H2= 360kj/kg Pbaja: 700 Kpa

H3=400 kj/kg

Ahora sabemos que:

Qevaporador=M refrigerante∗(H 2−H 1 )

Como Qevaporador=QTOTAL=Qrefrig+Qalmac=127781,86Kjh

Por tanto:

M refrigeran te=Qevaporador

(H 2−H 1 )=127781,86

Kjh

(360−260 ) KjKg

M refrigerante=1277,82kgh

Seguidamente hallamos el trabajo del compresor dado por la ecuación:

W compresor=M r efrigerante∗(H 3−H 2 )

W compresor=1277,82kgh

∗(400−360 ) Kjkg

W compresor=51112,74Kjh

Calculamos el COP del refrigerador

COP=Q evaporador

W compresor

=127781,86

Kjh

51112,74Kjh

=2,5

Calculamos potencia del compresor:

Po=1277,82

kgh

∗(400−360)KJ /Kg

2,5

Po=20445,10 KJh

=7,61HP

Luego de calcular los requerimientos bases se comparó dos tipos de refrigerantes:

R-134a y R-404a; siendo el primero seleccionado para hacer parte del diseño de

la cámara frigorífica ya que con las necesidades de calor de dicha cámara posee

un COP de 4,29 mientras que el otro refrigerante tiene un COP de 2,5 trabajando

con una potencia mucho mayor que el R-134a, lo que significa que el R-404a tiene

un mayor gasto de energía con una eficiencia menor lo que generará mayores

costes que el R-134a con una potencia de 2,12HP y mejor eficiencia. Por ende, el

refrigerante a usar será el R-134a.

Po=MR∗(H 3−H 2)

COP

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