5.3 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN DE CUARTOS DE REFRIGERACIÓN REFRIGERACIÓN Y PREENFRIADO Aunque Aunq ue la planeació planeaciónn y construcció construcciónn de un cuarto cuarto frío frío tiene un un costo inicial inicial alto, alto, es más económico que otras estructuras agrícolas. Además, evitando un costo en la construcción, aquell aqu ellas as person personas as con ligero ligeross con conoci ocimien mientos tos,, pue pueden den diseña diseñarr sus propia propiass estrat estrategi egias as de enfria enfriamie miento nto,, para para las necesi necesidad dades es especí específic ficas, as, e igualm igualment ente, e, asumir asumir su con constr strucc ucción ión,, asegurando su efectividad debida a la correcta elección del mismo, basándose en los parámetros que se describen en el transcurso de este trabajo.
Tipos de producto Los diferentes tipos de frutos, tienen diferentes requerimientos de frío. Por ejemplo, las fresas, mananas y el brócoli requieren temperaturas cercanas al punto de congelación, mientras que la calabaa o el tomate puede verse gravemente afectado por temperaturas bajas. !i se almacenan o enfrían vol"menes pequeños de producto #con diferentes requerimientos de frío$, la temperatura que debemos manejar será la mayor que no cause daño por frío al fruto más susceptible. %sta temperatura, cualquiera que &sta sea, no provee la temperatura óptima de almacenamie almacenamiento nto para los otros tipos de frutos. Algunos Algunos frutos y vegetales vegetales producen producen un gas natural conocido como etileno, y ayuda al producto a acelerar su madure. 'tros, no lo producen, pero son bastante sensibles a &l. Para productos sensibles, cantidades mínimas de gas etileno pueden acelerar el proceso de maduración incluso a bajas temperaturas, por lo cual será muy importante no almacenar frutos que sean sensibles a este gas, junto a otros que lo producan. Además de la sensibilidad al etileno, algunos productos generan olores que son rápidamente absorbidos por los otros frutos, como sucede con las mananas y las cebollas. La mayoría de los problemas de almacenar productos meclados pueden ser evitados, si se tienen presentes los requerimientos de cada producto.
T!"o de # u$idd de re%ri&erci'$ La capacidad de enfriamiento y la de almacenamiento dependen del tamaño de la estructura y de la capacidad del sistema sistema de refrigeración, refrigeración, así que es básico determinar determinar la cantidad de producto que se desea enfriar y almacenar. (n sistema de refrigeración puede semejarse a una bomba que mueve calor de una parte a otra. La capacidad de enfriamiento es una medida de la velocidad a la que un sistema puede transferir energía calorífica y es e)presada normalmente en toneladas. (na tonelada de refrigeración es la que puede transferir el calor necesario para disolver una tonelada de *ielo en un período de + *oras #+--. /0($. 1ic*o de otra manera, un sistema
de refrigeración de una tonelada es, teóricamente, capa de congelar una tonelada de agua en + *oras, es decir que puede transferir +--. /0( in + *oras o 2+. /0( por *ora. %l tamaño correcto de una unidad de refrigeración es determinada por tres factores, el primero de los cuales es el volumen de producto a ser enfriado y su empaque, ya que muc*os productos son vendidos en cajas o bolsas. 'bviamente, a mayor cantidad de producto a enfriar, mayor será la unidad de refrigeración. %l segundo factor es el tiempo mínimo requerido de enfriamiento desde el comieno al final del mismo, para prevenir la degradación rápida del producto. %l enfriamiento rápido debe evitarse, ya que puede ocasionar daños en el fruto y se requerirán equipos de altos costos y consumos de energía el&ctrica. %nfriar una carga de producto en dos *oras, en ve de *acerlo en cuatro *oras, puede requerir dos veces la capacidad de refrigeración y el costo del consumo de energía puede ser tres veces el inicial o más. %l tercer factor es la naturalea del diseño constructivo de la unidad de refrigeración, es decir su tamaño, el sistema de manejo del aire y su operación. 3a que, en una instalación típica, apro)imadamente la mitad de la capacidad de refrigeración es usada para retirar el calor ganado por los pisos, las paredes, el tec*o y las puertas, es importante saber manejar esta tipo de 4p&rdidas5 de frío.
Cpcidd de #!ce$!ie$to La decisión de enfriar y embarcar el producto inmediatamente o almacenarlo por un tiempo, muc*as veces no depende sólo del tipo de producto y de sus condiciones de mercadeo6 tambi&n depende del aprovec*amiento del espacio en la instalación, los cuales serán determinados por el tipo de producto y su desarrollo. 'bviamente, productos altamente perecederos requieren menor ubicación espacial de almacenamiento que frutos menos perecederos, simplemente porque los primeros no pueden ser almacenados por largos periodos de tiempo sin ocasionar p&rdidas en su calidad. !i el presupuesto de la construcción lo permite, se aconseja construir un espacio de almacenamiento suficiente para mínimo un día de cosec*a de los productos más perecederos. %s muc*o más fácil construir inicialmente un espacio de almacenamiento adecuado, que tratar de adicionarlo luego. %l costo por metro cuadrado disminuye y la eficiencia del consumo de energía aumenta con el tamaño del cuarto frío, *asta cierto punto.
%l espacio de
almacenamiento no puede ser pasado por alto, ya que uno de los mayores beneficios de la instalación de enfriamiento Poscosec*a es la fle)ibilidad que se puede dar al mercado, lo que permite largos periodos de almacenamiento. 1e otro lado, un e)ceso en el dimensionamiento del espacio de almacenamiento ocasionará gastos innecesarios de energía y de dinero. Para determinar la cantidad de espacio refrigerado a construir, se usa la siguiente fórmula
1onde 7 V 8 9olumen de espacio a refrigerar. :ft ;< C 8 ="mero má)imo de bus*els> a ser enfriado S 8 ="mero má)imo de bus*els a
en un tiempo.
ser almacenado en un tiempo.
>/us*el 7 ?edida de cereales y frutas. %quivale a ;@.;@ litros en ran /retaña y a ;B.+ litros en %stados (nidos. 1espu&s que se *a determinado el valor num&rico de V , se divide por la altura del tec*o #en pies$, para obtener el área a enfriar en pies cuadrados. 1ebemos recordar que el tec*o debe tener mínimo 2- pulgadas más, que la altura de apilamiento de los productos que se van a enfriar. Para frutos empacados en bultos, el volumen debe convertirse a bus*els antes de aplicar la ecuación anterior.
U(icci'$ ) disposici'$ de # i$st#ci'$ La ubicación de la estructura para el enfriamiento refleja su función primaria. !i se planea llevar el producto fresco directamente al consumidor, la estructura debe estar cerca a la carretera, ya que un cuarto y una sede administrativa que no se vea puede tener problemas obvios de mercadeo. 1ebe, además tener sitios de estacionamiento para compradores y empleados, de ser necesario. !i la empresa va a usar la estructura de refrigeración como una cone)ión con el mercado, es decir con los intermediarios, se debe incentivar la publicidad y realiar contactos personales, al fundar la empresa. 3a que la función primaria de la instalación de enfriamiento es precisamente enfriar y reunir lotes de ventas al por mayor, la facilidad de acceso al p"blico no es menos importante. %n ese caso, la mejor ubicación del cuarto frío, puede ser adyacente a la ona de selección y empacado. 0odas estas estructuras, junto con los cuartos fríos deben estar convenientemente cercanos al cultivo, con el fin de disminuir el tiempo que transcurra desde el momento de la cosec*a *asta el enfriamiento. Conociendo como se va a usar, la estructura requiere instalaciones el&ctricas e *idráulicas y para grandes cuartos fríos, que generalmente requieren más de 2 toneladas de refrigeración en una sola unidad, debe disponerse de instalaciones trifásicas. La ubicación de estas instalaciones deben ser planeadas cuidadosamente, debe considerase su costo para las onas rurales y por tanto deben realiarse los contactos necesarios con las empresas electrificadoras y de acueductos locales. Además, es "til considerar crecimientos futuros de la estructura cuando diseñe y se disponga su ubicación. Antes de comenar la construcción, debemos conocer las normas, leyes y códigos pertinentes a la construcción y disposición de sistemas el&ctricos, de salud de los trabajadores y el manejo y almacenamiento de productos comestibles.
DISEÑO Y CONSTRUCCION %)isten ciertos límites para apilar los contenedores. %l má)imo peso varía seg"n el producto y el tipo de empaque, pero no debe e)ceder un nivel de seguridad que pueda causar daño al producto o derrumbes. Para brindar una buena circulación de aire, el producto nunca debe estar a menos de 2- pulgadas #apro)imadamente unos B cm$ del cielo raso. Aun cuando en el diseño inicial, no se pretenda trabajar con aire forado, debe dejarse suficiente espacio para montarlo adecuadamente en un futuro. !i el volumen del producto es suficiente y justifica el uso de montacargas el&ctrico #%n la operación de productos agrícolas almacenados se recomienda el uso de montacargas el&ctricos, debido a que estos no presentan emisiones de gases #entre ellos dió)ido de carbono$, que puedan afectar de alguna manera la actividad respiratoria del producto$, las dimensiones para giros y para tráfico de los mismos deben ser consideradas en el dimensionamiento de la estructura. Las puertas y los corredores, no deben ser menores de una y media ve el anc*o del montacargas. Las rampas de acceso a la estructura deben tener pendientes de entre 2 y BD. 0ambi&n es conveniente incluir un muelle elevado para cargar o descargar los montacargas y los camiones. La construcción de una estructura de almacenamiento y enfriamiento es una inversión tácita en el mantenimiento de la calidad del mismo, por lo tanto los materiales y los trabajadores a emplear deben ser de la mejor calidad posible. 1ebido a que se requieren muc*os materiales para ejecutar este proyecto, se presenta la dificultad de elegir cuales de ellos son los mas apropiados para esta aplicación, para lo cual brindaremos algunas nociones en cada uno de los casos.
Ci!ie$tos ) piso La mayoría de las instalaciones para enfriamiento son construidas, en bloques de concreto con refueros en su perímetro para soportar las cargas producidas por las paredes. 1ebe asegurarse un buen drenaje en la estructura, por lo que generalmente se construye sobre un lec*o de gravas. 0ambi&n puede construirse con unos drenes interiores para evacuar adecuadamente el agua con que se limpia la instalación y de el agua producida por la condensación. Además, debemos considerar que el piso debe soportar grandes cargas y resistir el uso pesado en un ambiente *"medo, por esto depende en buena medida del uso de aislantes de calidad. Los bloques de cimentación deben ser de al menos pulgadas de concreto reforado con malla de alambre y con aislante de + pulgadas de espuma plástica a prueba de agua en la superficie.
La necesidad de aislar el piso puede parecer a veces innecesaria y en cambio si nos incrementa de una forma significativa los costos. %ste análisis desde el punto de vista económico es errado, como quiera que estos aislantes se pagan por sí mismos en pocos meses de uso. !i el cuarto frío se emplea para largos periodos de tiempo en almacenamiento subenfriado, es importante que el piso sea bien aislado con una lámina de espuma de pulgadas #con un E apro)imado de +$. Además, cualquier objeto de madera que entre en contacto con el piso de concreto, requiere ser tratado para evitar los daños debidos a su largo periodo en contacto con agua. 1urante la construcción, la interfase entre la parte inferior de la lámina del piso y la cimentación debe ser sellada para evitar ascensos de agua. %sto se realia aplicando un recubrimiento en esta ona con un sellante antes de colocar el piso, el cual debe prevenir los movimientos del piso debidos a vientos o sismos. !e considera una práctica eficiente, instalar un tope d)ce$te #s
predes, como se puede observar en la figura. %ste elemento, que debe ser esencial, cumple dos importantes propósitos6 primero, protege a las paredes de la estructura de ser averiada por los movimientos del producto cargado en los contenedores y los montacargas y segundo, asegura la correcta ventilación e impide que el producto se moje, debido a la *umedad de las paredes.
Ais#!ie$to La energía t&rmica siempre fluye desde los objetos cálidos a los fríos. 0odos los materiales, *asta los buenos conductores como los metales, ofrecen alguna resistencia al paso de energía y muc*os materiales pueden ser empleados como aislantes con buenos efectos, pero ya que la selección del aislante adecuado es una de las características que, desde el punto de vista constructivo deben tomarse, es importante que el material no sea muy costoso, pero si, que sea eficiente para esta labor. Las características de estos materiales varían considerablemente y su eficiencia para la conducción debe ser más importante en la elección que su precio. Algunas características importantes a mencionar son el valor de resistencia R , su costo y su comportamiento en presencia de *umedad.
*#or R (na medida de la resistencia que el aislante ofrece al movimiento de calor se denomina factor de resistencia o valor E, el cual está asociado con su anc*o. Cuanto mayor sea este valor, mayor será la resistencia y mejor serán las propiedades de este material como aislante. %l valor E generalmente se e)presa en pulgadas de anc*o o en t&rminos del anc*o total del material. La resistencia total al flujo de calor en cualquier pared con aislantes, es simplemente, la suma de las resistencias totales de los componentes individuales, es decir la suma de las resistencias de los componentes individuales, es decir la suma de las resistencias de los aislantes, de los pegantes, de las paredes e inclusive, algunas veces es
importante considerar la resistencia de las capas de pintura. Así que será importante tomar la mejor combinación de estos materiales para obtener un valor económico de la estructura aislada.
Costo Los costos de los aislantes varían seg"n el tipo. %n %stados (nidos, por ejemplo, actualmente se especifican costos en pies por pulgada de anc*o o en costo por unidad t&rmica de resistencia #E$. Además reducen ligeramente los costos, ya que se reducen las labores constructivas y los costos de otros materiales, porque no se requieren adiciones en las partes internas de los paneles de las paredes. 1ebe tenerse en cuenta que ciertos tipos de espumas aislantes pueden presentar alto riesgo de incendios, por lo cual deben ser manejadas con cuidado. 1e los materiales com"nmente utiliados en cuartos fríos, la celulosa es la de menor costo, seguida de las cubiertas rígidas, seg"n la forma de instalación de este material y finalmente, los materiales de rociado o aislantes líquidos. %stos "ltimos presentan la ventaja de sellar completamente la estructura a cualquier posible filtración de agua o entradas yFo salidas de aire.
E%ectos de # +u!edd %n muc*os tipos de aislantes, el flujo de energía calorífica es impedido por pequeñas celdas que *acen la función de trampas de aire en todo el material. Cuando este absorbe *umedad, el aire es reemplaado por agua y el valor de aislamiento disminuye. %s por esta raón que el aislante debe ser almacenado en lugares secos. Con e)cepción de muc*as espumas plásticas, que son a prueba de agua, todos los materiales aislantes deben ser usados junto con una adecuada barrera contra el vapor. eneralmente se instalan películas de milímetros de polietileno en el lado interior del aislante #por fuera$, contrario a lo que se recomienda en los códigos para construcciones de casas. %sta práctica previene la condensación en el aislante. %sta película puede ser continua desde el piso al tec*o y donde e)istan uniones de + películas debe realiarse un recubrimiento de 2+ pulgadas, con lo cual, aseguramos un sellamiento total.
CA,CU,O DE ,A CARGA DE CA,OR La temperatura óptima de almacenamiento debe ser continuamente mantenida para obtener todos los beneficios que brinda el cuarto frío. Para asegurar que el cuarto está a la temperatura indicada, debe calcularse la capacidad de refrigeración requerida, usando las condiciones más críticas que puedan ocurrir durante esta operación. %stas condiciones incluyen el valor má)imo en la temperatura e)terior, la má)ima carga de producto a enfriar por día y la má)ima temperatura del producto al ser enfriado. La carga total de calor que el sistema puede remover en el cuarto frío se denomina carga de calor . Las entradas de calor provienen de los siguientes campos7
2. Calor de conducción 7 Calor que entra por las paredes tec*o y piso aislados. +. Calor de campo7 Calor e)traído del producto para ser llevado a la temperatura de almacenamiento. ;. Calor de respiración7 Calor generado por el producto, que es el resultado de las reacciones naturales del mismo. . Carga de servicio 7 0ambi&n llamada carga mi)ta6 es el calor producido por las luces, el equipo, los trabajadores y por el aire caliente y *"medo que entra cuando se realia la apertura de puertas. C#or de co$ducci'$ %s el calor debido a todas las paredes, el tec*o y el piso. La cantidad de calor que transmiten estas superficies es función de su resistencia t&rmica #9alor de E$, de su área y de la diferencia de temperatura entre un lado y el otro. %l calor del tec*o es calculado usando la misma ecuación. !in embargo, debido a que el tec*o está e)puesto directamente a la lu solar y por lo tanto presenta mayores temperaturas, debe instalarse mayor aislante en &l y la diferencia de temperatura en el cálculo se incrementa, generalmente unos 2GH. !i es posible la instalación de un ventilador de tec*o, se reducirá considerablemente esta diferencia, pero el costo del mismo, así como la energía necesaria para su operación deben ser evaluadas contra la disminución del calor del tec*o. !imilarmente el calor debido al piso, es calculado tambi&n con esta ecuación y la carga total de calor debido a las paredes, el tec*o y el piso es la suma de estos tres valores calculados
C#or de c!po La segunda fuente de calor es el producido por el producto que entra con cierta temperatura a la instalación de enfriamiento. %ste tipo de energía es denominada calor de campo. %sta cantidad es calculada usualmente para el valor de la temperatura media mensual má)ima. %l calor de campo #HI$, es producto del calor específico #!I$, del cultivo #de la cantidad de energía que este puede guardar por grado$, la diferencia de temperatura entre campo y almacenamiento #10$ y el peso #J$ del producto.
C#or de Respirci'$. La tercera fuente de calor es la respiración de la cosec*a misma. 1ebemos recordar que los productos *ortofrutícolas son seres vivos y una ve cortados, ellos contin"an sus procesos respiratorios. La cantidad de calor producido depende de la temperatura, la cosec*a, y las condiciones y tratamiento o labores culturales que la cosec*a *a recibido. La cuarta fuente de calor comprende lo que se conoce con el nombre de 4cargas por servicios5 o cargas misceláneas. Kncluye el calor generado por equipos como luces, ventiladores, por la gente
que trabaja en la sala de almacenamiento, junto con el calor debido al aire cálido que entra en el cuarto cuando la puerta se abre y el calor que entra por la infiltración de aire debido a sellos defectuosos en las puertas y otras rupturas. La cantidad de calor aportada por estas fuentes es muy difícil de estimar precisamente. %l servicio de carga se reparte igualmente y puede ser estimada como un 2 por ciento del calor de las otras tres fuentes #calor de conducción, calor de campo y calor de respiración$. ?%1K1A 1%L !K!0%?A 1% E%HEK%EACK= Los sistemas de refrigeración son clasificados por la cantidad de calor que mueven o desplaan en una longitud determinada de tiempo, siendo la unidad estándar de clasificación, la tonelada, la cual es igual a +--. /tu en + *oras, es decir 2+. /tu por *ora. La capacidad requerida para mantener una temperatura específica aumenta sí7 2. %l sistema de refrigeración es usado solo parte del día. +. !e almacena más de la cantidad inicial de fruta por día. ;. %l edificio fuera más grande. . La fruta ingresara con temperaturas superiores a las planteadas inicialmente. B. La temperatura e)terior fuera mayor a la planteada. %n la práctica, es aconsejable seleccionar un sistema de refrigeración para agregar una capacidad de reserva a la calculada como una protección contra sobrecargas. 1ebemos subrayar el *ec*o de que estos sistemas de refrigeración, por raones que serán discutidas mas adelante, se operan de 2@ a + *oras por día. La capacidad total del sistema debe aumentarse, por lo tanto, para compensar el tiempo que la unidad está fuera de servicio. Además, es una buena práctica aumentar un poco la capacidad del sistema porque el calor que se retira del producto no es el constante durante el ciclo, pero es más grande al principio. !i la capacidad del sistema no es suficiente para superar la inercia t&rmica del producto, el tiempo de enfriamiento puede aumentar los límites especificados para el producto. Para compensar esta condición, cuando se trabaja con la mayoría de los vegetales y frutas frescas, se debe multiplicar la capacidad del sistema de refrigeración por un factor de enfriado de 2.B, junto con el factor de operación adicional descrito en el párrafo anterior. E%1(CCK'= 1% LA CAEA 1% E%HEK%EACK'= (na ve que el calor de campo se *a retirado del producto, se requiere muc*a menos capacidad de refrigeración para que se mantenga la temperatura de almacenamiento. Por lo tanto, cualquier cosa que puede *acerse para rebajar la temperatura que se presenta en el campo, reducirá significativamente la carga inicial de calor, reduciendo así el costo del equipo de refrigeración requerido y la energía el&ctrica con la cual se operan dic*os equipos. Cosec*ando muy
temprano o muy tarde en el día o incluso en la noc*e, podemos ayudar a reducir el costo de refrigeración. Algunos cultivadores grandes de productos altamente perecederos *an comenado cosec*ando Mbajo las lucesM para reducir costos de enfriado y para conservar la calidad. Aunque no es "til en todas las cosec*as, el enfriamiento con agua es una manera efectiva para retirar los primeros +N ;GH de calor rápidamente, disminuyendo la carga sobre el sistema. %l preenfriamiento con agua es tambi&n, un m&todo eficiente desde el punto de vista energ&tico, para realiar esta labor antes de colocar el producto en la sala de enfriamiento. !in embargo, debemos notar que algunos tipos de producto son sensibles al *umedecimiento y además el agua fomenta el crecimiento de microorganismos. Aunque duplicando el valor de aislamiento en las paredes, tec*o y el piso logramos que se reduca el calor por conducción casi *asta la mitad, el porcentaje de reducción de la carga total de calor sería pequeña. 'bservamos de nuevo, que la "nica manera para reducir el calor carga considerablemente, está comenar el proceso de enfriamiento con la fruta tan fresca como sea posible. '0E'! HAC0'E%! A C'=!K1%EAE %= (=A K=!0ALACK'= 1% %=HEKA?K%=0'
•
,i!pie- ) $te$i!ie$to %s esencial que los recipientes de manejo y los cuartos de almacenamiento est&n limpios y libres de microorganismos. 0odas las acumulaciones del
agua de
condensación deben evacuarse de la estructura. 1ebe limpiarse completamente todos los cuartos de almacenamiento antes de llenarlos. !i los recipientes de carga se mantienen dentro del cuarto, debe desinfectarse las superficies con una solución de *ipoclorito de sodio al .+B por ciento #puede usarse 2 galón de cloro en + galones de agua$ aplicados con una lavadora de alta presión y debe ventilarse el cuarto durante algunos días, para que se seque. La tubería de refrigeración, los ventiladores y los conductos deberán ser revisados y limpiados regularmente. Las espirales de refrigeración sucias pueden disminuir considerablemente su eficiencia t&rmica.
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Co$tro#es de Te!pertur La temperatura más importante a controlar en una instalación de enfriamiento, es la del producto, no la del aire. ?edir la temperatura del aire no nos brindará valores correctos de la temperatura de producto, porque el calor de respiración siempre eleva la temperatura del producto y del aire circundante. 1ebe evitarse ubicar este tipo de elementos sobre el tec*o o en las paredes e)teriores. La temperatura de producto y la *umedad debe controlarse frecuentemente durante el enfriamiento y almacenaje para
impedir el sobreenfriamiento y daño por frío del producto. 0ambi&n debe tenerse en cuenta que, mantener la *umedad y temperatura apropiada llega a ser muy importante, a medida que el almacenamiento aumenta.
•
U(icci'$ decud de #os /e$ti#dores %l movimiento de aire en el interior del cuarto frío, ayuda conducir el calor lejos del producto. Los recipientes deben diseñarse y acomodarse para permitir la suficiente circulación de aire, mejorando el valor del enfriamiento y almacenando el producto a la temperatura óptima. Pueden ubicarse unos ventiladores en el interior del cuarto frío, buscando facilitar la circulación del aire, ya que ese es el requerimiento de la mayoría de los productos *ortofrutícolas. ?as adelante, en el documento de %=HEKA?K%=0' C'= AKE% H'EOA1', se ampliarán estos conceptos.
0I0,IOGRAFIA +ttp122.$&e#%ire.co!2i42i$&e$ieri&rico#2curtos.+t!
