COMPONENTES DEL SISTEMA DE REFRIGERACION POR ABSORCION
•
condensador
•
un receptor de líquido líquido
•
una válvula válvula de expansión
•
un evaporador
limitaciones de la Refrigeracin
En teoría teoría una tempera temperatur tura a ligera ligerament mente e superio superiorr al punto punto de congel congelaci ación ón del produ product cto o sería sería idea ideal, l, sin sin emba embarg rgo, o, ciert ciertos os prod product uctos os,, part partic icul ular arme ment nte e los provenientes de regiones tropicales, empiezan a exhibir daños a partir de cierta temp tempera eratu tura. ra. de mane manera ra que, que, para para cada cada produ product cto, o, habrá habrá que que dete determ rmin inar ar su temperatura óptima de refrigeración.
Factores a controlar d!rante el Almacenamiento refrigerado •
temperatura
•
humedad relativa
•
ventilación
•
circulación del aire.
•
estiba
•
patrón de estibamiento
•
sanidad y purificación del aire
Constr!ccin de !n almac"n Refrigerado as unidad unidades es de refrige refrigerac ración ión están están constr construid uidas as de varios varios materi materiale ales s pero todas deben estar perfectamente aisladas para evitar la entrada de calor al almac!n.
as características que debe reunir el aislante son las siguientes" •
ba#a conductividad de calor
•
resistencia a la humedad
•
fácil de instalar
•
económico no contener sustancias volátiles que puedan afectar adversamente a
•
la fruta
Princi#ios de la refrigeracin Mec$nica o #or com#resin El calor se mueve de un ob#eto tibio a uno más frío. la refrigeración crea una superficie fría que absorbe el calor transferido a ella por convección, conducción, y radiación, manteniendo así el producto a una temperatura constante. Com#onentes de la refrigeracin #or com#resin
Evaporador $ene $eneral ralme ment nte e está está equi equipa pado do con con alet aletas as metá metáli lica cas s que que aume aument ntan an la superf superfici icie e fría fría expuest expuesta, a, en la parte parte superi superior or del pasillo pasillo que queda entre entre las estiba estibas, s, así los ventil ventilador adores es del evapora evaporador dor circul circulan an aire del pasillo pasillo hacia hacia las paredes, el aire via#a hacia aba#o y hacia atrás y sube nuevamente nuevamente al evaporador para ser enfriado. %ay sistem sistemas as de refrige refrigerac ración ión locali localizado zados s centra centralme lmente nte que refrige refrigeran ran varios cuartos de almacenamiento, aquí, mediante ductos, el aire frío que ha estado en contacto con el evaporador, se introduce a los cuartos y regresa a la unidad central para su nuevo enfriamiento.
Consideraciones im#ortantes so%re el e&a#orador
Es esencial que el evaporador satisfaga los requerimientos de refrigeración operando a una temperatura tal que la diferencia entre !l y el aire sea mínima, de
lo contrario ocurre deshidratación acentuada de la fruta, ya que el vapor de agua tiende a condensarse sobre la superficie fría del evaporador. es muy importante tambi!n extraer el hielo que se forma sobre la superficie del evaporador ya que impide el flu#o del aire y reduce la transferencia de calor, para ello se puede usar agua, o circular refrigerante caliente o el serpentín se calienta el!ctricamente.
&ondensador Es el lugar donde el calor del cuarto de almacenamiento se libera. &uando se emplea h'o para el enfriamiento !sta proviene de torres de enfriamiento de depósitos fríos o se evapora. en cualquiera de los casos se recupera y enfría. os condensadores que se enfrían con aire se emplean en instalaciones pequeñas. (e emplean varios diseños, algunos son como el evaporador, o sea, constan de serpentines finos, otros son más comple#os y están hechos de un doble tubo, el interno contiene el agua enfriante y el externo contiene el refrigerante.
&ompresor
%ay ) tipos de compresores de desplazamiento positivo" reciprocante, rotatorio o el de tornillo o rosca. Es más com*n el reciprocante, el cual se fabrica para +%), freón ' y ''.
a capacidad refrigerante de un compresor se mide en toneladas estándar cuando opera a una presión de '- lb. la eficiencia se basa en el volumen desplazado por el pistón y la velocidad de operación.
a capacidad del compresor aumenta si se le opera a presiones altas de succión y ba#as de cabeza, lo cual puede conseguirse operando superficies
grandes del evaporador a pocos grados más ba#os de la temperatura del cuarto y mediante grandes y eficientes condensadores.
Carga de refrigeracin' carga de enfriamiento o Carga t"rmica a velocidad a la cual debe ser el calor eliminado de un espacio o material refrigerado a fin de producir y mantener las condiciones deseadas de temperatura la cual proviene de" . el calor transmitido por conducción a trav!s de paredes aisladas. '. el calor que debe ser eliminado del aire caliente que llega al espacio a trav!s de puertas que se abren y se cierran. ). el calor que debe ser eliminado del producto refrigerado para reducir la temperatura del producto a la temperatura de almacenamiento. . el calor cedido por la gente que traba#a en el espacio y por motores, alumbrado y otros equipos que producen calor y que operan en dicho espacio.
/nidades en las que se expresa la carga de refrigeracin &om*nmente la carga de refrigeración se expresa en toneladas de refrigeración. Este es un t!rmino histórico que viene de los días en que se usaba directamente el hielo. a tonelada estándar de refrigeración es la cantidad de calor absorbida por una tonelada de hielo al derretirse a -0c 1)'0f2 en ' horas. (e requieren btu3s para derretir lb de hielo a -0c, o '44 --- btu5s para derretir una tonelada de hielo a -0c 1 btu5s x '--- lb.2, puesto que, seg*n la definición de que una tonelada de hielo debe derretirse en ' horas, una tonelada de refrigeración absorbe ' --- btu5s por hora, o sea, ' 66- 7#8hora.
Consideraciones a tomar #ara el c$lc!lo del tonela(e de refrigeracin os requisitos de refrigeración de cualquier planta de almacenamiento deben basarse en los máximos previsibles de la carga de refrigeración.
este máximo se demanda por lo com*n, cuando la temperatura exterior es alta, y están entrando en la planta productos relativamente calientes para ser sometidos a los procesos de pre enfriamiento y almacenamiento. El máximo en la carga de refrigeración depende de la cantidad de producto recibido cada día, la temperatura del producto en el momento de ser introducido en la cámara de refrigeración, el calor específico del producto y la temperatura final que se desee alcanzar. El proceso de enfriamiento requiere de cierto tiempo, durante cuyo intervalo se produce una cantidad de calor como consecuencia de la respiración de los productos almacenados. a este tipo de calor se le llama )calor &irt!al*
C$lc!lo del tonela(e de refrigeracin los #asos necesarios #ara calc!lar la carga de calor de !na c$mara fr+a' d!rante la o#eracin de #re enfriamiento , la o#eracin normal de almacenamiento , refrigeracin son los sig!ientes-
9lmacenamiento de peras a :.0c.; se necesita disponer de los siguientes datos y condiciones"
< x < x .< m dimensiones de la c$mara área de la superficie externa, incluyendo el piso. dimensiones internas
='- m' .= x .= x .' >-4 m)
&ol!men aislamiento
condiciones ambientales durante la cosecha
=.6 cm. de poliuretano, con una conductividad 172 de .) 7#8m'8cm. de grosor80c. coeficiente de transmisión 1u2 ? . 7#8h m '80c. )-0c y <-@ de humedad realtiva
temperatura de la fruta capacidad de almacenamiento velocidad de enfriamiento cambios de aire por aperturas puertas durante el enfriamiento cambios de aire durante almacenamiento
'0c en la cosecha y :.0c en el almacenamiento 6-- cargas de <--7g de fruta cada una" )-- ---7g en total primer día, de '0c a .<0cA segundo día, de .<0c a :.0c. de seis por día el
.4 por día
almacenamiento de peras a :.0c.; se necesita disponer de los siguientes datos y condiciones"
condiciones datos calor específico peras, -.46A recipientes de madera, -.< carga de calor por ba#ar la temperatura =.< 7#8m ) del aire de )-0c a :.0c 1<-@ de humedad relativa2 carga de calor por ba#ar la temperatura <.) 7#8m ) del aire de =.'0c a :;0c, =-@ de humedad relativa otras cargas de calor" luces, ' -- B8h, ventiladores, ) hp. dos carros elevadores el!ctricos )6 >'- 7# cada uno por 4 horas. dos operadores, en turnos de 4 horas, --- 7#8h cada uno
#rocedimiento
C.
se calcula la carga durante las operaciones de enfriamiento y de llenado de la cámara"
diferencia de temperatura" 1dt ó Dt2 ? )-0c :1;.0c2 ? ).0c. se supone que la dt es de )0c en todas las superficies. el calor específico se designa como ce o &p .; se calcula la carga de transmisión del edificio"
area de la superficie externa x coeficiente de transmisión de calor del poliuretano x la diferencia de temperatura en todas las superficies" area 1='- m'2 x 7 1.7#2 x dt 1).0c2 x 'horas ? ./012/ 3(45261 '.; se calcula la carga por cambio de aire, apertura de puertas" volumen x carga de calor x n*mero de cambios de aire 1>-4 m)2 x 1=.< 7#2 x 168día2 ? 27.189: 3(45261
).; se calcula la carga del producto" a2 enfriamiento del producto 1remoción del calor de campo o calor sensible2" primer día #eso de la fr!ta ; ce de las #eras ; dt
en el #rimer d+a ; factor 3( 1-- ---7g2 x 1-.462 x 16.<2 x 1.462 ? . /?/1/?2 3(45261 peso de recipientes x calor específico de los recipientes x dt 1de '0c a .<0c2 x factor 7#" 1' =--7g2 x 1-.<2 x 16.<2 x 1.462 ? 2?8 .8810. 3(45261
segundo día
#eso de la fr!ta ; ce ; dt <21.=c a @010=c> en el seg!ndo d+a ; factor 3(-
1-- ---7g2 x 1-.462 x 1).2 x 1.462 ? 5 70.1/99 3(45261
peso de recipientes x calor específico de los recipientes x dt 1de '0c a .<0c2 x factor 7#" 1' =--7g2 x 1-.<2 x 16.<2 x 1.462 ? 2?8 .8810. 3(45261 calor de respiración durante el enfriamiento 1calor vital2
primer día temperatura promedio, )0cA velocidad de respiración" '.'-6 7#8t8'h2. toneladas m!tricas de fruta x velocidad de respiración2" 1--2 x 1' '-62 ? 0 557 :77 3(45261 segundo día temperatura promedio .=0cA velocidad de respiración" = 7#8t8'h. tonelada m!trica de fruta x velocidad de respiración" 1--2 x 1 =2 ? 092 077 3(4t45261
máximo acumulado en la cámara antes de que se complete el enfriamiento" peso total de fruta : el peso cargado en dos días" 1)-- ---2 : 1'-- ---7g2 ? 077 7773g 077 toneladas velocidad de respiración a :.0c" 4'7#8t8'horas. tonelada m!trica de fruta x velocidad de respiración" 1--2 x 14'2 ? 80 5773(4526oras1 .; cargas varias de calor" l!ces Batts x 7# por Batt x horas" 1' --2 x 1).62 x 142 ? :/057 3(45261 &entiladores : hp x 7# por hp x 'horas" 1)2 x 1) '2 x ' ? 552 7:23(45261 carros ele&adores1'2 x )6 >'- 7# durante 4 horas ? 9? 827 3(45261 mano de o%ra : operadores x 7# por hora x hora" 1'2 x 1---2 x 142 ? 0: 7773(45261
<.; carga total de calor durante el enfriamiento" transmisión del edificio
cambios de aire enfriamiento del producto calor producido por respiración calor de origen miscelaneo
<>> 7#8'h.
-< 4=6 7#8'h. 4 <) )<) 7#8'h. =< >-- 7#8'h. )4) -' 7#8'h.
subtotal" 00 ?// ?75 3(4526 márgen de error 1-@2 ? )> >)- 3(4526 re!erimiento total- 05 .?/ 5?5 3(4526 si se supone que el equipo de refrigeración opera durante 4 horas diarias, se tiene que" ' <)> ')' 4 ? :/: :52 3(4526 como una tonelada de refrigeración absorbe ' 66- 7#8h" 6>6 6' 8 ' 66- ? << toneladas de refrigeración es la capacidad requerida. CC. carga durante la operación normal de almacenamiento. condiciones ambientales exteriores promedio" =.'0c con una humedad relativa de =-@A temperatura de almacenamiento ? ;.0cA dt ? =.' : 1;.2 ? 4.)0c .; carga de transmisión del edificio" area x u x dt x hora " 1='- m'2 x 1. 7#2 x 14.)2 x 1'2 ? 0.9 9:: 3(45261 '.; cambio de aire por la apertura de puertas" volumen x carga de calor x cambios de aire" 1>-4 m)2 x 1<.) 7#2 x 1.42 ? 5. 77: 3(45261 ).; carga del producto 1respiración2" velocidad de respiración a :.0c x tonelada m!trica de fruta " 14' 7#8t8'h2 x 1)--2 ? 52? :77 3(45261 .; cargas misceláneas" luces" Batts 1' --2 x 7# por Batt 1).62 x horas
?2 .:7 3(45261
12 ? abanicos" hp ) x 7# por hp 1) '2 x hora 1'2 ? mano de obra" un operario x 7# por hora 1---2 x horas 12 ?
552 7:2 3(45261 2 777 3(45261
<.; carga total durante el almacenamiento" transmisión del edificio cambio de aire carga del producto 1respiración2 misceláneos
0.9 9:: 3(45261 5. 77: 3(45261 52? :77 3(45261 5:5 :52 3(45261
subtotal" :88 //: 3(45261 margen de seguridad, -@" :8 8// 3(45261 re!erimiento total- 9.9 8/. 3(45261
suponiendo que el equipo de refrigeración opere durante 4 horas diarias, se tiene que"
=<= 4>< 8 4 ? 25 07. 3(46 ' - 8 ' 66- ? ?1? toneladas de refrigeracin es la ca#acidad re!erida d!rante el #er+odo normal de almacenamiento1
factores a controlar en la Refrigeracin de fr!tas , 6ortalias &irculación del aire y temperatura de la fruta la circulación de aire es necesaria en el almac!n para que se produzca el enfriamiento y se mantenga una tempeartura uniforme en todo el cuarto. si es poco el aire que circula !ste se entibiará antes de llegar a todos los sitios del cuarto y se presentarán puntos calientes.
por regla general en un almacenamiento se circulan --- ft )8min por cada tonelada de refrigeración. este flu#o se calcula considerando que la diferencia en la temperatura a la que sale el aire y regresa al condensador es de -Ff. cuando la fruta se ha enfriado y la carga de refrigeración necesitada es pequeña, por e#emplo 8< del original, el flu#o se calcula con base en una diferencia de 'Ff. es importante que la máxima superficie del recipiente est! expuesta al aire, por o cual los patrones de estibamiento son importantes. la fruta nunca estará tan fría como el aire que circula alrededor de ella, por lo cual es necesario que se tome la temperatura de la fruta y no la del aire que circula.
humedad el secreto para mantener altas humedades relativas es operar el evaporador a una temperatura tan cercana como sea posible a la del cuarto y así se minimiza la condensación de la humedad sobre la superficie fría del evaporador. los recipientes de la fruta, por estar secos, reducirán la humedad del almac!n. si es necesario se pueden usar humidificadores que esparcen agua en finas gotas.
ventilacion se utiliza exclusivamente cuando no hay otra alternativa para eliminar el etileno o restos de so ' posterior a la fumigación. sin embargo, esta práctica aumenta la carga de refrigeración, por lo que se han buscado otros m!todos de remoción de etileno y so '.
Efectos fisiolgicos de la refrigeracin en fr!tas , 6ortalias
Gositivos •
reducción del metabolismo de las frutas, prolongando así su vida de almacenamiento.
•
mecanismo fungistático y bacteriostático.
+egativo •
ocasiona daño por frío a algunos productos hortofrutícolas.
Dao #or fr+o
/n desorden fisiológico inducido por la ba#a temperatura y que es diferente al daño por congelación, es decir, siempre ocurre a temperaturas por arriba del punto de congelación de los te#idos. la sintomatología depende del producto, pero un síntoma general es la aparición de áreas oscuras en los te#idos.
e#emplos" manana.; escaldado suave 1Hlistón de #onathan2 caractrizado en algunas variedades, por la aparición de áreas oscuras bien definidas en la piel, en otras abarca la mayor parte de la pulpa. #l$tano , ag!acate.; oscurecimiento de los paquetes vasculares de la pulpa. en plátano tambi!n ocurre en la piel que adquiere una apariencia opaca, simultáneamente hay una lenta hidrólisis del almidón y una incapacidad de la placenta para madurar. mango'
#e#ino' meln ' #a#a,a , c+tricos1 el
síntoma típico es el hundimiento de ciertas áreas superficiales por desecación llamado HpicadoI. en todas ellas es inminente el ataque fungal.
agente refrigerante en cualquier proceso de refrigeración, la sustancia empleada para absorber calor o agente de enfriamiento, se llama refrigerante1
procesos de
sensi%les
enfriamiento
latentes enfriamiento sensible.; cuando el calor absorbido causa un aumento en la temperatura del refrigerante. enriamiento latente.;
cuando el calor absorbido causa un cambio en el
estado físico del refrigerante 1ya sea fusión o evaporación2. para cualquiera de ambos procesos, si el proceso refrigerante es secuencial, la temperatura del refrigerante debe mantenerse en forma continua por deba#o de la del material o del espacio que está siendo refrigerado. ti#os de refrigerantes
fase sólidos líquidos
e#emplos hielo, co' freón o refrigerante r;'', r;' 1ccl'f ', diclorodifluorometano2, n', nh)
El refrigerante r;' tiene una temperatura de saturación de ;'.6Ff a la presión atmosf!rica estándar. Gor esta razón, el r;' puede almacenarse como líquido a la temperatura ordinaria sólo si se le tiene ba#o presión en cilindros de placa de acero o gruesa. El amoníaco era uno de los líquidos refrigerantes más com*nes por ser barato, por cambiar de fase a presión normal, por absorber una gran cantidad de calor al cambiar de líquido a gas 16-- btu8lb2A sin embargo, es corrosivo al combinarse con el agua, explosivo a ciertas concentraciones, si llega a haber fuga la fruta se daña severamente y es tóxico al ser humano. Gor estas razones ha sido desplazado por los fluorocarbonados que no son tóxicos ni inflamables.
Refrigerantes l+!idos os sistemas modernos de refrigeración se basan en la propiedad de los líquidos de absorber grandes cantidades de calor a medida que se produce evaporación en los mismos.
&omo refrigerantes, los líquidos al evaporarse tienen muchas venta#as con respecto a los sólidos al fusionarse, en el proceso de vaporización es mucho más fácil su control.
El efecto de refrigerante puede iniciarse y detenerse a voluntad. la velocidad del enfriamiento puede regularse dentro de límites pequeños y la temperatura de evaporación del líquido puede regularse controlando la presión a la cual el líquido se vaporiza. 9demás, se puede acumular con facilidad y condensar al vapor regresándolo
a
la fase
líquida
con
lo
cual podrá nuevamente usarse
proporcionando un suministro continuo del líquido para vaporización.
Com#onentes del sistema de refrigeracin
El sistema consta básicamente de" •
un evaporador, tambi!n llamado refrigeradorA
•
un compresor,
•
un condensador y
•
una válvula de expansión.
Ciclo de la refrigeracin #or com#resin
El refrigerante se introduce en un sistema cerrado que opera a ba#a y alta presión. El evaporador o refrigerador se mantienen a una presión a la cual el refrigerante se gasificará. J 9l desplazarse hacia aba#o el !mbolo del compresor, crea una presión negativa o de succión, en la parte izquierda del sistema. J El líquido del refrigerante es alimentado al serpentín del evaporador mediante la válvula de expansión que opera automáticamente 1t!rmica2. J
9l gas que viene del evaporador o refrigerador se le eleva la temperatura y la presión mediante el compresor. J El gas caliente y a presión va despu!s al condensador en donde, por medio de agua o aire, es enfriado, cambiando así a la fase líquida y siendo captado por el condensador.
J El refrigerante líquido vuelve a pasar al evaporador mediante la válvula de expansión y así el ciclo se cierra.
Control de la tem#erat!ra de e&a#oracin
a temperatura a
la cual el líquido se evapora en el evaporador, puede ser
controlada ba#o la presión de vapor que se tiene sobre el líquido, lo que a su vez permite regular la velocidad a la cual el vapor sale del evaporador.
Cond!cti&idades t"rmicas de los materiales a cond!cti&idad t"rmica es una propiedad de los materiales que valora la capacidad de conducir el calor a trav!s de ellos. Es elevada enmetales, y en general en cuerpos continuos, y es ba#a en los no metales 1a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a trav!s de electrones libres2 y en materiales iónicos ycovalentes, siendo muy ba#a en algunos materiales especiales como lafibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes t!rmicos. Gara que exista conducción t!rmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacio ideal, y muy ba#a en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado. En algunos procesos industriales se traba#a para incrementar la conducción de calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un elevado área de contacto. En otros, el efecto buscado es #usto el contrario, y se desea minimizar el efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de ba#a conductividad t!rmica, vacíos intermedios, y se disponen en configuraciones con poca área de contacto.. a tabla que se muestra a continuación se refiere a la capacidad de ciertos materiales para transmitir el calor. El coeficiente de conductividad termica1K2 caracteriza la cantidad de calor necesario por m ', para que atravesando durante la unidad de tiempo, m de material homog!neo obtenga una diferencia de 0& de temperatura entre las dos caras. a conductividad t!rmica se expresa en unidades de vatios8metroI 0L2 Es una propiedad intrínseca de cada material que varía en función de la temperatura a la que se efect*a la medida, por lo que suelen hacerse las mediciones a )-- 0L con el ob#eto de poder comparar unos elementos con
otros. Es un mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre por la excitación de las mol!culas. (e presenta en todos los estados de la materia pero predomina en los sólidos.
.
Material
Material
acero
=;<4
corcho
-,-);-,- mercurio 4),=
agua
-,<4
estaño
6,-
aire
-,-'
Mibra de vidrio -,-);-,-= niquel
<',)
alcohol
-,6
glicerina
-,'>
oro
)-4,'
hierro
4-,'
parafina -,'
-,4-
plata
9leación alpaca '>,
O
Material
mica
-,)<
aluminio
'->,)
ladrillo
amianto
-,-
ad refractario -,=;,-< plomo
bronce
6;46 laton
4;6
vidrio
-,6;,-
zinc
-6;- litio
)-,'
cobre
)=',;)4<,'
madera
-,)
Nierra humeda -,4
-6,;4,= )<,-
diamante ')--
