I.
INTRODUCCIÓN: Son muy pocas las personas con excepción de aquellas que están relacionadas directamente directamente con la industria o con los cursos afines a la refrigeración quienes están enteradas de la parte tan importante que la refrigeración juega en el desarrollo de la sociedad a nivel mundial, no dándose cuenta de la dependencia de la sociedad con respecto a la refrigeración mecánica para contribuir a su existencia. existencia. En los inicios de la refrig refrigera eraci ción ón mecáni mecánica ca el equip equipoo dispon disponib ible le era vol volumi uminos noso, o, caro caro y poco poco eficiente, pero a medida que pasaron las décadas la refrigeración ha tenido un crecimiento y desarrollo asombroso y cuyas aplicaciones se han ido extendiendo rápidamente a los diversos requerimientos que se tengan en cuanto a conservación, congelac congelación, ión, almacen almacenamie amiento, nto, acondic acondiciona ionamien miento, to, etc de diversos diversos productos productos y espacios según las necesidades establecidas. Es en este contexto que en la actualidad se presenta una gran demanda por la conservación de los alimentos, dada que estos son producidos y procesados en diversos lugares apartados de la población y en determinadas épocas. Los alimentos en general presentan una serie de microorganismos que una vez que estos han sido recolectados y procesados provocan su descomposición a una mayor o menor velocidad según sea el caso, es por ello que la refrigeración cumple un papel fundamental retardando la velocidad de descomposición de los alimentos e inclusive hasta eliminando algunos de estos microorganismos perjudiciales en la conservación de las propiedades de los alimentos. En el vall vallee de Chao Chao,, Virú Virú,, Moch Mochee y Chic Chicam amaa (Cha (Chavi vimo moch chic ic)) uno uno de los los productos que en los últimos años ha tenido un mayor auge en su producción, procesamiento procesamiento y exportación exportación es el espárrago debido a sus propiedades nutricionales que contribuyen a una mejor y más sana alimentación de la población. Teniendo en cuenta que los valles donde es producido y procesado el espárrago se encuentran un poco retirados de la población y que a esto debe sumársele la gran demanda de espárrago en el país y en otros países del mundo, hoy en día las grandes empresas procesadoras de espárrago requieren el uso de cámaras de refrigeración donde pueda conservarse el espárrago a una determinada temperatura que garantice la conse conserva rvació ciónn de sus sus propie propiedad dades es fisic fisicoqu oquím ímic icas as mientr mientras as se compl complete ete el procesamiento y transporte de este a los destinos trazados. Teniendo como antecedente lo ya expuesto, en este proyecto nos encargaremos de realizar el diseño de una cámara de refrigeración para la conservación del espárrago envasado, es decir en su etapa antes de salir y ser distribuido al mercado, lo cuál se realizará con los conocimientos adquiridos en clase y con ayuda y consulta de diversa bibliografía afines para este caso.
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II.
GENERALIDADES DEL PRODUCTO A REFRIGERAR: Antes de presentar las propiedades fisicoquímicas y organolépticas del espárrago que que vamo vamoss a refr refrig iger erar ar es conv conven enie ient ntee deta detall llar ar cual cuales es son son los los paso pasoss en el procesamiento del espárrago en la planta desde que es decepcionado hasta que es destinado a su distribución al mercado nacional e internacional. DESCRI DESCRIPCI PCION ON DEL PROCES PROCESO O DE ELABOR ELABORACI ACIÓN ÓN DE ESPÁR ESPÁRRAG RAGO O VERDE EN CONSERVA •
.
RECEPCION: Consis Consiste te en recibi recibirr las mater materias ias primas primas incluy incluyend endo o inspe inspecci cción ón de vehíc vehículo ulos, s, desca descarga rga,, revisi revisión ón docume documenta ntaria ria - veri verifi fica caci ción ón de lote lotess y prov provee eedo dore ress involucrados, inspección inspección organoléptica y el pesaje respectivo.
La inspección de los vehículos es necesaria para garantizar que se mantengan las condiciones definidas para asegurar las mejores propiedades organolépticas del producto y la inocuidad correspondiente. Dentro de estas condiciones tenemos: Temperatura de Ambiente del Vehículo. Protección de Carga. Integridad y Limpieza del Vehículo. Ausencia de Materiales y Sustancias extrañas como alambres, maderas, clavos, aceites y grasas no sanitarias, etc.
• • • •
La revisión documentaria y verificación de lotes y proveedores involucrados se realiza a fin de definir la conformidad con la carga recibida, tanto en cantidad, calidad, procedencia, la cual sólo debe ser de Proveedores Homologados ya sea por conoc conocim imie iento nto de sus sus práct práctica icass agríc agrícola olass o por haber haber obt obteni enido do la Certi Certifi ficac cació iónn EUREPGAP, GAP ó Sistema Equivalente. No es posible obtener materia prima de proveedores que no sean homologados por nuestra Empresa, salvo consideraciones definidas en el Procedimiento dc Homologación de Proveedores. Las auditorías deberán realizarse con una frecuencia no mayor a 1 año, en lo referente a Higiene Salud, Protección de Cultivos, etc. Todo proveedor deberá firmar un compromiso de Compra Venta de Materia Prima y contar con una Ficha de Homologación de Proveedor. se basa en una observación general de toda la carga y un posterior proceso de muestreo donde se observa el estado de los turiones, las características más relevantes, problemas de mayor impacto a fin de establecer acciones correctivas. Es importante además realizar el muestreo para definir el Programa Maestro de Producción y establecer el precio de venta de los proveedores. Las características más relevantes a evaluar son:
La inspección organoléphca
• • • •
Forma y Tamaño de los turiones. Frescura. Longitud de Tocon. Defectos como Podredumbre, Marchitamiento, Frescura, Grado de Madurez. 2
II.
GENERALIDADES DEL PRODUCTO A REFRIGERAR: Antes de presentar las propiedades fisicoquímicas y organolépticas del espárrago que que vamo vamoss a refr refrig iger erar ar es conv conven enie ient ntee deta detall llar ar cual cuales es son son los los paso pasoss en el procesamiento del espárrago en la planta desde que es decepcionado hasta que es destinado a su distribución al mercado nacional e internacional. DESCRI DESCRIPCI PCION ON DEL PROCES PROCESO O DE ELABOR ELABORACI ACIÓN ÓN DE ESPÁR ESPÁRRAG RAGO O VERDE EN CONSERVA •
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RECEPCION: Consis Consiste te en recibi recibirr las mater materias ias primas primas incluy incluyend endo o inspe inspecci cción ón de vehíc vehículo ulos, s, desca descarga rga,, revisi revisión ón docume documenta ntaria ria - veri verifi fica caci ción ón de lote lotess y prov provee eedo dore ress involucrados, inspección inspección organoléptica y el pesaje respectivo.
La inspección de los vehículos es necesaria para garantizar que se mantengan las condiciones definidas para asegurar las mejores propiedades organolépticas del producto y la inocuidad correspondiente. Dentro de estas condiciones tenemos: Temperatura de Ambiente del Vehículo. Protección de Carga. Integridad y Limpieza del Vehículo. Ausencia de Materiales y Sustancias extrañas como alambres, maderas, clavos, aceites y grasas no sanitarias, etc.
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La revisión documentaria y verificación de lotes y proveedores involucrados se realiza a fin de definir la conformidad con la carga recibida, tanto en cantidad, calidad, procedencia, la cual sólo debe ser de Proveedores Homologados ya sea por conoc conocim imie iento nto de sus sus práct práctica icass agríc agrícola olass o por haber haber obt obteni enido do la Certi Certifi ficac cació iónn EUREPGAP, GAP ó Sistema Equivalente. No es posible obtener materia prima de proveedores que no sean homologados por nuestra Empresa, salvo consideraciones definidas en el Procedimiento dc Homologación de Proveedores. Las auditorías deberán realizarse con una frecuencia no mayor a 1 año, en lo referente a Higiene Salud, Protección de Cultivos, etc. Todo proveedor deberá firmar un compromiso de Compra Venta de Materia Prima y contar con una Ficha de Homologación de Proveedor. se basa en una observación general de toda la carga y un posterior proceso de muestreo donde se observa el estado de los turiones, las características más relevantes, problemas de mayor impacto a fin de establecer acciones correctivas. Es importante además realizar el muestreo para definir el Programa Maestro de Producción y establecer el precio de venta de los proveedores. Las características más relevantes a evaluar son:
La inspección organoléphca
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Forma y Tamaño de los turiones. Frescura. Longitud de Tocon. Defectos como Podredumbre, Marchitamiento, Frescura, Grado de Madurez. 2
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LAVADO: Consiste en eliminar residuos de arenilla, tierra ù otro elemento que la materia pri prima ma pued pueda a tene tenerr como como cons consec ecue uenc ncia ia des des crec crecim imie ient nto o del del mism mismo o turi turión ón,, operac operacion iones es de cosec cosecha ha o adquir adquirido ido durant durantee el trans transpor porte te Fun Fundo do – Planta Planta,, mediante un lavado por inmersión – burbujeo y utilizando agua con desinfectante a fin de disminuir la carga microbiana acarreada.
La materia prima identificada es sometida a lavado en una tina, conteniendo agua y desinfectante de grado alimenticio (Hipoclorito de sodio al 10%). La solución está compuesta por agua e hipoclorito de sodio a 100 ppm. La dosificación de agente desinfectante está a cargo del operario de producción asignado para tal y el registro de control correspondiente por parte de un técnico de aseguramiento de la calidad. El agua se cambia por cada 2 viajes recepcionados y considerando el estado y apariencia de la misma en lo referente a limpieza o turbidez. La conc concen entr trac ació iónn de clor cloroo resi residu dual al li libr bree es cont contro rola lada da por por el técn técnic icoo de aseguramiento de la calidad y consignada en su registro correspondiente. El tiempo de paso del producto en las tinas de lavado es de 0,75 – 1 minuto. El sistema de emisión de burbujas ayuda a cuidar la integridad del espárrago, al abrir ligeramente las brácteas hasta dejar extraer la arenilla y luego cerrarse hasta su estado inicial. El pH del agua se mantiene siempre por debajo de 7,5 para garantizar la efectividad del desinfectante en la reducción de la carga microbiana. .
HIDROENFRIADO: Consiste en someter el producto a un chorro de agua helada, o tina de inmersión con agua helada, con el fin de disminuir la temperatura de pulpa, evitando así el deterioro enzimático y acción metabólica de los turiones procesados. procesados.
Esta operación consiste en pasar las jabas con producto clasificado por un túnel de hidro hidroenf enfria riami mient entoo (Hydro (Hydrocoo coole ler) r) o ti tina na de inmer inmersió siónn en agua agua helada helada según según corresponda, a fin de inactivar o disminuir la acción metabólica y enzimática de los turiones y de este modo poder ser trasladados a un almacén frío y ser mantenidos a temperaturas inferiores o iguales a 8 ºC, durante el tiempo prudente que permita evitar desórdenes fisiológicos del producto. El hid hidroe roenfr nfriad iadoo es reali realizad zadoo util utiliza izando ndo agua agua clorin clorinada ada entre entre 50 y 100 ppm ayudando esto a tener el mínimo impacto microbiano en la materia prima durante el almacenaje. Cuando se utilicen equipos cuyo principio de funcionamiento es por cascada de agua, tenemos que tener cuidado de no afectar las puntas de los turiones y que la caída sea lo suficientemente suave para evitar estos deterioros. .
CONSERVACIÓN EN CÁMARA: Consis Consiste te en el transp transport orte, e, distri distribuc bución ión y manten mantenimi imient ento o de la materi materia a prima prima dentro de la Cámara de conservación conservación bajo condiciones de temperatura y humedad
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relativa que permitan mantener la frescura del producto y las características idóneas para las operaciones operaciones posteriores. posteriores.
Las jabas con el producto hidroenfriado se distribuyen en los cuartos fríos de modo tal que las corrientes de frío se optimicen para la conservación de las propiedades organolépticas de la materia prima. Se deberán respetar espacios de al menos 0,5 metros respecto a las paredes de las cámaras y evitar que se tengan pilas almacenadas almacenadas bajo los equipos de frío para evitar contaminación por condensados. La temperatura objetivo es entre 2 – 6 ºC y 90 – 98 % humedad relativa. Se debe mantener una política de Rotación de Inventarios PEPS y asegurarse un tiempo de regulación de temperatura de pulpa antes del proceso en conservas a fin de evitar presencia de burbujas de aire adheridas al cuerpo. El Técnico de Aseguramiento de la Calidad es el encargado de realizar el control de temp temper erat atur uraa y hume humeda dadd rela relati tiva va en las las Cáma Cámara rass de Cons Conser erva vaci ción ón,, con con una una frecuencia de 2 horas. Es responsable además del respeto por las políticas de rotación FIFO o PEPS en el flujo de materias primas a proceso. e.
CLASIFICACION: Consiste en definir las categorías de calidad establecidas teniendo en cuenta principalmente parámetros parámetros de calidad como longitud, diámetro y tipo de punta.
Se realiza en fajas sanitarias, en las Cuales se desplaza el espárrago “al barrer”. La materia prima es abastecida separadamente separadamente por fundo, procediendo a clasificar a fin de poder evaluar la evolución de la misma y tomar las decisiones pertinentes respecto a los campos. Por otro lado logramos uniformizar el producto para poder envasar con mayor facilidad y realizar la operación de escaldado en forma efectiva y sin deteriorar la pulpa. En esta etapa además se eliminan materiales materiales extraños de origen físico o químico que pudieran estar presentes en la materia prima, así como los descartes que están cons consti titu tuid idos os prin princi cipa palm lmen ente te por por piez piezas as (tur (turio ione nes) s) que que no cump cumple lenn con con las las características mínimas para ser aprovechados en las estaciones posteriores. El Técnico de Aseguramiento de la Calidad evalúa desviaciones de clasificación y decide junto a Supervisor de Producción la corrección respectiva en caso de ser necesano. Es importante en este punto una buena definición de los diámetros para evitar problemas de escaldado por mala evacuación de oxígeno de la pulpa de los turiones. Igualmen Igualmente, te, los parámetr parámetros os deberán deberán ser solament solamentee los necesari necesarios os para escaldar escaldar adecuadamente los turiones evitando afectación de la textura de los frutos. .
ESCALDADO Y ENFRIADO: Consiste en someter los turiones ya clasificados a una tina de inmersión de agua caliente con la finalidad de evacuar los gases internos que se encuentran en los
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turiones así como también para inactivar las enzimas (peroxidasas y catalasas) y microorganismos mesófilos. Como complemento necesario del escaldado se debe someter inmediatamente a un enfriamiento en agua para evitar de esta manera la sobrecocción de los espárragos y evitar que estos presenten flacidez.
El producto clasificado pasa directamente hacia los escaldadores por inmersión en donde se sumerge en agua caliente para lograr dotar la temperatura necesaria para la precocción de los turiones y la consiguiente expulsión de los gases internos e inactivación de enzimas causantes del pardeamiento. La temperatura y tiempo de permanencia de los espárragos en las tinas de escaldado depende del calibre y longitud de estos. Luego del escaldado, el producto se enfria en una tina de agua fría, a fin de bajar la temperatura a un punto tal que se evite la sobrecocción y consiguiente flacidez de los turiones. El control de los parámetros de tiempo y temperatura es realizado por el Operador de Producción o Técnico de Aseguramiento de la Calidad encargado de la estación de escaldado y enfriado. g.
CORTE Y ENVASADO: El producto escaldado es llevado hacia las bandas de envasado en donde es ordenado, cortado a la longitud adecuada para el frasco o lata que está siendo procesada según el programa de producción~ Una vez cortado, el producto es envasado en envases de vidrio ú hojalata según el Programa de Producción vigente.
Los turiones son ordenados paralelamente y armoniosamente, con la punta a un solo lado de modo que permitan ser cortados en forma ur~iforme por la base y eliminar de este modo el tocón blanco y excesos de longitud proveniente de fundo, alguna zona magullada o afectada que se pudieran presentar. Una vez cortados se procede a envasar los espárragos según especificaciones del cliente en número de piezas, peso drenado, peso neto, diáme~os, longitud, etc. La operación de envasado se realiza en fajas sanitarias de transporte continuo y por personal con habilidades para identificar y separar cuerpos extraños, reconocimiento de textura, reconocimiento de especificaciones de clientes y de proceso. El Técnico de Aseguramiento de Calidad realiza el control de los procesos y es quien da fe del cumplimiento de las normas establecidas. .
PESADO: Consiste en verificar que los envases contengan el peso necesario para cumplir con las especificaciones del cliente, cuidando drenar los envases abastecidos a fin de no interferir con el posible volumen de agua acarreado.
Esta operación se realiza en base a balanzas electrónicas, previamente comprobadas por el departamento de Aseguramiento de la Calidad. 5
La comprobación de estas balanzas es realizado por técnicos de calidad quienes harán uso de pesas patrón que han sido calibradas al menos una vez por año por parte de un Organismo Oficial Acreditado. Los pesos otorgados en línea son definidos de acuerdo a las especificaciones según normas de cliente o según norma nacional del país impor~idor. En la operación de pesado deberá respetarse los pesos máximos definidos según los Estudios de Penetración de Calor desarrollados por la Autoridad de Procesos Térmicos de la Planta. .
ADICION DE LÍQUIDO DE GOBIERNO: Consiste en añadir el liquido de cobertura a los turiones verdes contenidos en los envases, el cual debe mantener una alta temperatura para lograr la correcta formación de vacío y preservación del producto.
El líquido es preparado en marmitas de acero inoxidable, llevado a ebullición mediante vapor indirecto a través de serpentines. La composición de Líquido de Gobierno se basa en especificaciones otorgadas por Laboratorio FQO y cliente, encontrándose constituido básicamente por: • • •
Agua. Sal. Otros elementos que el cliente requiera.
Las formulaciones deberán realizarse teniendo en cuenta: • • •
Regulaciones Sanitarias. Normas Internacionales (Ej. CTCPA Francia). Atributos de Producto dados por el cliente.
Un líquido de gobierno estándar es el siguiente: Agua Sal
: : 2.0%
98.0%
(*) Las lecturas de % Sal y pH se realizarán con líquido enfriado a temperatura ambiente. Las formulaciones se corregirán en función a las condiciones de proceso. Es posible utilizar otros elementos siempre de acuerdo a la normatividad pertinente y solicitud del cliente. .
EXHAUSTING: Consiste en pasar el producto antes de cerrar, por una cámara de vapor a fin de asegurar una buena evacuación de aire y la formación de un correcto vacío al
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interior del envase luego del cerrado y tratamiento térmico.
Los envases con producto y líquido de gobierno pasan por una cadena transportadora que guía a los mismos a una Cámara de Vapor Directo. El vapor calienta al envase por todos los ángulos a fin de poder evacuar el aire ocluido en los frutos y así dar seguridad microbiológica y de sujeción de la tapa del envase durante los procesos térmicos. Hay que tener cuidado de regular la velocidad del exháuster en función a la capacidad del envase a fin de poder otorgar el tiempo necesario para el fin respectivo. La temperatura de paso en el exháuster es alrededor de 80-87 oc por un tiempo de 0.75- 1.0 minuto. Es indispensable un correcto ajuste de guías a fin de no tener golpes y pérdida de integridad del envase por enganche. Cuidar además que el flujo de vapor irrigue uniformemente el envase para evitar roturas por diferencial térmico. .
CERRADO: Consiste en sellar herméticamente los envases, en forma manual o mecánica. El sellado puede realizarse mecánicamente en las latas y mecánica o manualmente en los frascos.
Es importante que el cerrado se realice tan pronto el envase sale del exháuster para evitar bajar la temperatura y tener deficiencias de vacío. Los frascos se sellarán manualmente por personas adiestradas y controladas continuamente, considerando que no debe cerrar periodos prolongados para evitar errores. Las latas se sellarán en máquinas de acuerdo al formato, las cuales previamente han sido calibradas por el Dpto. de Mantenimiento o Mecánicos de Turno y aprobada por el Departamento de Aseguramiento de la Calidad. Las tapas son abastecidas desde el almacén temporal de envases vacíos, en donde se eliminan las unidades defectuosas y apartados en cajas identificadas para evitar confusión y pase a nave de proceso. Los cerradores son personas capacitadas en el manejo de envases y evaluación visual y mecánica de cierres de lata y frasco. La operación de cerrado cuenta con un Técnico de Aseguramiento de la Calidad, el cual revisa constantemente y da fe de la idoneidad de los cierres o plantea las acciones correctivas. Las evaluaciones se basan en protocolos de inspección visual y destructiva de los 7
cierres tanto de frascos como de latas , para comprobación metrológica así como también para realizar Pruebas de Hermeticidad, simulando las presiones internas que tendrán los envases en el proceso. Los instrumentos de precisión como el Micrómetro o Pie de Rey utilizados para el control de cerrado requieren calibración diaria por parte del Dpto. de Aseguramiento de la Calidad y por lo menos una vez por año en una entidad acreditada. .
TRATAMIENTO TERMICO: Consiste en someter los envases sellados a temperaturas mayores a 115 0C por un tiempo determinado, suficiente para conseguir la esterilidad comercial y estabilidad biológica del producto. Incluye tres fases que son el calentamiento, mantenimiento y enfriamiento.
Esta operación se realiza en autoclaves estacionarias. Los operarios son personas adiestradas en Procesos Térmicos y laboran bajo la supervisión de personal que ha llevado el curso Better Process Control de la FDA (Food and Drug Administration). El operario revisa diariamente la correcta operación de sus equipos de esterilización o autoclaves, lo cual implica limpieza, enjuague, integridad, funcionamiento de bombas, etc. Revisión especial cuando se ha realizado labores de mantenimiento o limpieza del equipo. Se llena el colchón de agua de 400 litros y se le agrega el Hipoclorito de Sodio para tener una concentración de cloro residual libre de 0.5 a 1.5 ppm. Se controla el tiempo de carga, el cual no debe exceder el tiempo normado. Se carga los coches al autoclave, se coloca la cinta de sensibilidad térmica a cada uno de los coches y a una de las latas ó frascos a procesar en cada coche y se le aplica el Programa Establecido para poder obtener un Valor Fo adecuado. La temperatura de régimen para el proceso de espárrago verde en conserva es de 116 0 C por 16 minutos. El autoclave permanece unos minutos en la Fase de Calentamiento, para luego llegar a estabilizarse en la Temperatura de Régimen. En esta etapa, llamada de Mantenimiento, se debe controlar el tiempo de paso y la temperatura en el panel, la carta gráfica y el termómetro MIG. Igualmente se registra el funcionamiento de la Bomba de Recirculación. Finalmente, se procede a enfriar. En esta última etapa es necesario que el enfriamiento sea rápido para obtener una buena textura y evitar el desarrollo de microorganismos termófilos a temperaturas altas. Es importante además que el agua mantenga cloro residual libre, las latas aún están dilatadas y podrían infiltrarse microorganismos. La temperatura de salida de los envases deberá darse cuando el sistema marque 38 0 C. Esto asegura que el agua presente en los cierres pueda secarse con la ayuda de calor de la lata. Tanto el termómetro patrón, manómetro de presión y termoregistradores deberán ser 8
calibrados por lo menos una vez al año por una entidad acreditada en metrología. Contamos con un grupo electrógeno, compresores de aire, calderos en perfecto estado para evitar interrupciones en el proceso térmico de los productos. .
LIMPIEZA Y CODIFICADO: Consiste en secar los envases provenientes del tratamiento térmico, limpiar los mismos y asignarle un código necesario para efectos de trazabilidad.
Luego del Tratamiento Térmico, el producto es dejado por un momento en un plano inclinado para lograr escurrir el agua aún presente en los envases. Luego, se descarga todas y cada una de las canastillas utilizadas para el tratamiento térmico, hacia una faja en donde se realiza una limpieza inicial para luego asignarles un Código de Trazabilidad. Los frascos sólo se secan y son codificados. Las latas antes de ser codificadas son lubricadas en los cierres para evitar oxidación durante la vida futura del envase. El codificador identifica los envases visualmente o por la marca en la hojalata a fin de programar el código respectivo. El personal de la estación se encuentra capacitado para separar envases con defectos diversos como frascos turbios, latas espigadas, envases colapsados, falso cierre, cuerpos extraños, etc. El producto que no cumpla con los estándares es separado como No Conforme y se mantienen en jabas de diferente color para darle destino luego según el Procedimiento de Productos No Conformes. n.
CUARENTENA: Consiste en asignar un periodo de reposo del producto terminado antes del embalaje y despacho del mismo a fin de definir algún problema que se pueda manifestar como consecuencia de alguna desviación del proceso.
El producto proveniente de la estación anterior ya codificado y paletizado es colocado en un área en la que el producto permanecerá inmóvil por un espacio mínimo de 3 días. El producto debe mantener un Kárdex en cada uno de los pallets, en el cual se ten8a una indicación precisa de la fecha de producción, batch, autoclave, número de envases, etc. En esta etapa se realizan las siguientes pruebas de laboratorio: • • •
Evaluación Físico-Químico Organoléptica. Prueba de Estabilidad Biológica. Prueba de Esterilidad Comercial. 9
Estas pruebas se desarrollan dentro del Principio de Verificación de nuestro Sistema HACCP. Los resultados nos sirven para validar nuestro producto y dar fe de la idoneidad de nuestros procesos. Las pruebas se realizan según los manuales de laboratorio pertinentes. Cabe indicar que las evaluaciones realizadas son sólo procesos de verificación puesto que el espíritu de nuestro Sistema HACCP es la prevención de peligros en el proceso.
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DIAGRAMA DE OPERACIONES DEL ESPÁRRAGO FRESCO
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•
DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO:
Nombre: Descripción Física:
Características Físico Químicas:
Forma de consumo y consumidores potenciales:
Empaque y presentaciones:
Vida Útil esperada:
•
Conservas de espárrago verde Producto esterilizado, listo para ser consumido directamente o utilizado para la preparación de alguna receta que incluya a éste. El constituyente principal son turiones verdes, frescos, sanos y suculentos de la variedad Asparragus officinalis L., sin pelar, enteros, tallos o la mixtura de puntas y tallos. Los ingredientes complementarios son agua y sal en concentraciones según requerimiento de cliente. Considerado producto de Alto Riesgo de acuerso al uso esperado. pH : 5,0 – 5,8 ºBrix : 2 – 4 Olor : Característico Sabor : Característico Color : Característico El producto se consume directamente o en la preparación de diferentes platos. Destinado para consumo humano en general: niños, jóvenes, adultos y ancianos. Frascos de vidrio ó envases de hojalata individuales, duopack, triopack, tetrapack, sixpack o trays, pallets, etc; con las unidades solicitadas por cliente. La capacidad de los envases varían según requerimiento del cliente. 3 años
ESPECIFICACIONES DE CONSERVACIÓN EN CÁMARA:
Temperatura Humedad Relativa Frecuencia de control Cajas/Parihuela Política Rotación Inventarios Máximo tiempo de permanencia mp en cámara
02 – 08 ºC 90 – 98 % 2 horas 120 PEPS ó FIFO 7 días
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•
DATOS DE REFRIGERACION:
Producto a refrigerar
Calor específico Calor Sobre Bajo punto latente de Contenid congelación o de agua punto de de congelación congelación Kcal/kg ºC Espárrago 0,93 0,46 75 94
Temperatur a de congelación
Producto a refrigerar
Temperatura de almacenamiento ºC
Humedad relativa %
Espárrago
2
85 - 90
-2
Volumen aproximado de almacenamiento m3/Tn 7,5
Periodo de almacenamiento aproximado 20 – 25 dias
Otros datos: condiciones ambientales de Trujillo Ciudad
T (máx)
Trujillo
25,3
T Máx Prom (ºC) 22,3
T Prom (ºC) 19,2
Humedad Relativa % 83,9
Latitud
Altura (m.s.n.m.)
9º 06`
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III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Diseñar una cámara frigorífica, para el almacenamiento y conservación de 22 toneladas de espárrago envasado a 2 ºC durante un tiempo máximo de una semana. Objetivos: a) Diseñar y dimensionar una cámara de refrigeración así como seleccionar los materiales más adecuados para garantizar la conservación y almacenamiento de 22 toneladas de espárrago envasado. b) Aplicar el sistema de refrigeración mas adecuado para cumplir con los fines establecidos. c) Seleccionar los equipos y accesorios mas adecuados desde el punto de vista energético y económico con el que se puedan cumplir los requerimientos dados. IV. DISEÑO DE LA CAMARA DE REFRIGERACION: El diseño de la cámara debe ser tal que permita el cómodo almacenamiento del producto, así como también facilite la circulación de personal, realizar la limpieza y que tenga una buena iluminación.
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4.1. DATOS DEL PRODUCTO: Algunos datos sobre el almacenamiento y condiciones que debe tener la cámara para tal fin son los siguientes: Envase de los espárragos Contenido de espárrago en cada caja Dimensiones de las cajas: Dimensiones de las parihuelas Número de cajas por parihuela Número máximo de cajas por pila Número de parihuelas en la cámara
: Cajas de : 5 kilos : Espesor : 12 cm Ancho : 21 cm. Alto : 27 cm. : 1 m. x 1 m. : 120 :6 : 36
Distancia entre las paredes de la Cámara y las parihuelas
: 1 – 1,5 m.
Asimismo consideraremos un espacio de 1 m entre parihuelas con el fin de obtener una mayor circulación del aire de refrigeración, así como también del personal y de los carros transportadores de las parihuelas. 4.2. DIMENSIONAMIENTO DE LA CAMARA DE REFRIGERACION: La distribución de las parihuelas así como las dimensiones de la cámara se presentan en la siguiente gráfica: Dimensiones Interiores (no incluyen los espesores de pared):
Largo Ancho Altura
: L = 25 m. : A = 8 m. : H = 3 m.
Dimensiones Exteriores:
Largo Ancho Altura
: L = 25,254 m. : A = 8,254 m. : H = 3 m.
El área necesaria de la cámara será:
Área = Largo x Ancho Área = 25 x 8 = 200 m 2
La altura de la cámara es: 3 m El volumen total de la cámara será:
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Volumen = Largo x Ancho x Altura Volumen = 25 x 8 x 3 = 600 m 3
Dimensiones de las puertas de acceso:
2 m. de ancho x 3 m. de alto
La cámara de refrigeración cuenta con dos puertas de acceso a esta tipo corredizas y de cierre hermético para evitar la posible entrada de calor por transferencia de calor. La primera de ellas sirve para ingresar el espárrago envasado. La segunda sirve para la salida y distribución del espárrago antes de alcanzar su tiempo límite de almacenamiento. 4.3. SELECCIÓN DEL AISLANTE Y ESPESOR DE AISLAMIENTO: Los materiales y espesor de las paredes, techo y piso están dados de la manera que el costo de funcionamiento de la cámara sea económico para lo cuál se tiene que tener una carga de enfriamiento mínima; por ello la absorción de calor por las paredes de la cámara tiene que ser mínima. Presentamos a continuación los materiales más adecuados obedeciendo a las condiciones planteadas para el funcionamiento de la cámara: •
•
•
Paredes Exteriores: Para el diseño de las 4 paredes exteriores se ha utilizado concreto mortero o mezcla (enjarre de concreto) para el revestimiento exterior e interior con un espesor de ½ pulgada y Poliuretano expandido con un espesor de 4 pulgadas en la parte media. Techo: Para el diseño del techo se ha usado el mismo material utilizado en el aislamiento de las paredes, esto es: concreto mortero o mezcla (enjarre de concreto) para el revestimiento exterior e interior con un espesor de ½ pulgada y Poliuretano expandido con un espesor de 4 pulgadas en la parte media. Piso: El material utilizado es losa con un espesor de 5 pulgadas, placa de corcho de 4 pulgadas de espesor y acabado de concreto de 3 pulgadas de espesor.
Valores de K y C para todos los materiales que usaremos en la Construcción de la Cámara Frigorífica (Según tabla 10–4 Dossat) Material Aislamiento Mampostería Conductancia Superficial
Descripción Poliuretano Expandido 4 in. Placa de corcho Concreto mortero o mezcla ½ in. Aire tranquilo Aire en Movimiento k en (BTU.pulg/hr.pie2.ºF) 1 U
=
1 f 0
+
a k A
+
b k B
(k) 0.17 0,30 5.00
(C)
1.65 4.00
C en (BTU/hr.pie2.ºF)
+
d k D
+ ...
n k n
+
1 f i
f i : coeficiente de convección de pared interior (BTU/hr.pie 2.ºF) f 0 : coeficiente de convección de pared exterior (BTU/hr.pie 2.ºF) 16
a. Paredes Exteriores: f i = 1,65 BTU/hr.pie 2.ºF f 0 = 4,00 BTU/hr.pie 2.ºF U =
1 1 4
+ 0,5 + 5
4 0,17
+ 0.5 + 5
1 1,65
U = 0.04067 BTU / hora pies2 ºF b. Techo: f i = 1,65 BTU/hr.pie 2.ºF f 0 = 4,00 BTU/hr.pie 2.ºF U =
1 1 4
+ 0,5 + 5
4 0,17
+ 0.5 + 5
1 1,65
U = 0.04067 BTU / hora pies 2 ºF c. Piso: Según la tabla 10-3 del Dossat tenemos que: Para un piso que este conformado por una losa de 5 pulgadas, acabado de concreto de 3 pulgadas y aislamiento de 4 pulgadas, se tiene que: U = 0.066 BTU / hora pies 2 ºF 4.4. ESQUEMA DE LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN: V. CALCULO DE LA CARGA TERMICA: La carga térmica total que ha de disiparse es el resultado de la suma de varias cargas debidas a diferentes factores que contribuyen con el aumento del calor dentro de la cámara de refrigeración y que por lo tanto debemos eliminar para mantener al producto en las condiciones de temperatura deseadas. Las cargas a tomar en cuenta para el cálculo total del calor disipado son las presentadas a continuación: 5.1. FLUJO DE CALOR A TRAVES DE LAS PAREDES, TECHO Y PISO: Dada por la siguiente ecuación: Q = U x A x ΔT Donde:
Q: U:
Flujo de calor a través de las paredes Coeficiente Global de transferencia de Calor 17
A: ΔT:
Área del flujo de Calor Diferencia de temperatura entre el aire exterior y el espacio refrigerado.
La parte exterior de la cámara va a estar expuesta a la radiación solar lo cuál altera el diferencial de temperatura entre algunas paredes por lo cuál usaremos el factor de corrección para superficies asoleadas, el cuál se presenta en la tabla 10-6 de Dossat. Para realizar el cálculo de la carga por el flujo de calor a través de las paredes tenemos que realizar primero la ubicación de la cámara respecto al sol, la cuál se muestra en el siguiente gráfico:
Asumiremos una temperatura del piso de 16 ºC para la ciudad de Trujillo. Pared P norte P sur P este P oeste Techo Piso
Text (ºC) 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2 16
Donde:
Tint (ºC) 2 2 2 2 2 2
(ºC) ΔTnormal (ºF) 17,2 62,96 17,2 62,96 17,2 62,96 17,2 62,96 17,2 62,96 14 57,2
F.C. (ºF) 0 2 4 4 9 0
ΔTdiseño (ºF) 62,96 64,96 66,96 66,96 64,96 57,2
Text es la temperatura promedio de la ciudad de Trujillo. F.C. es la tolerancia por radiación solar (tabla 10-6 Dossat)
Una vez hallados los ΔT diseño hallamos la cantidad de calor irradiado hacia las paredes con el área de cada pared y su respectivo coeficiente de transferencia de calor. Pared P norte P sur P este
U (BTU/h.pie,ºF ) 0,04067 0,04067 0,04067
(m2) 75 75 24
Área
(pie2) 807.2925 807.2925 258,3336
ΔTdiseño (ºF)
Q (BTU/h)
62,96 64,96 66,96
2067,1396 2132,8048 2198,47 18
P oeste Techo Piso Total
0,04067 0,04067 0,066
24 200 200
258,3336 2152,78 2152,78
66,96 71,96 57,2
2198,47 2362,633 1878,024 12837,5414
5.2. CARGA POR CAMBIO DE AIRE: Debido al constante abrir y cerrar de puertas de la cámara de refrigeración durante las horas de trabajo y también debido a ciertos agujeros que pueden formarse con el tiempo, se produce el ingreso de aire caliente del exterior lo cuál aumenta la carga de enfriamiento. Es difícil calcular exactamente la carga generada por el ingreso de aire caliente ya que este parámetro depende de varios factores, pero según estudios realizados es posible obtener un cálculo aproximado teniendo la temperatura de almacenamiento, la humedad relativa y la temperatura del aire exterior. Carga por cambio de aire = (Volumen interior) x (Cambio de aire) x (Factor de cambio de aire) Volumen de la cámara : 600 m3 = 21188,4 pie 3 Temperatura de entrada de aire : 19,2 ºC = 66,56 ºF Humedad relativa : 83,9 % Temperatura de almacenamiento : 2 ºC = 35,6 ºF Factor de cambio de aire: Para ello nos ubicamos en la tabla 10-7A de Dossat, dado que no se encuentran exactamente tabulados los datos de entrada tenemos que extrapolar e interpolarlos valores dados respectivamente. Debemos tomar en cuenta que como no se da un rango en el cual se encuentre nuestra humedad relativa asumiremos una humedad relativa del 70%, dicho cambio sera restituido en el resultado final cuando consideremos el factor de seguridad. T almac (ºF) \ T aire de entrada (ºF) 40 35,6 35
66,56 0,7586 0,9170 0,93856
Volumen (pie3) 20000 21188,4 25000
85 Humedad relativa = 70% 2,16 2,3184 2,34
90 2,54 2,6984 2,72
Cambios de aire por 24 horas 2,6 2,53 2,72
=> Carga por cambio de aire = 21188,4 x 0,9170 x 2,53 = 49157,3 BTU => 24 horas 5.3. CARGA POR PRODUCTO:
19
Cuando el producto es trasladado hasta la cámara este se encuentra inicialmente a una temperatura mayor que la de esta, por ello ocurre una transferencia de calor hacia el interior de la cámara que se debe considerar a través de la siguiente ecuación: Q = m. C. ΔT Donde:
Q = cantidad de calor liberado por el producto C = calor específico sobre el punto de congelación del producto ΔT = Diferencial de temperatura
Tenemos:
m
= 22 ton x 1000 kg x 2,2lb = 48400 día
ton
kg
lb / dia
C = 0,91 BTU/ lb. ºF T = 66,56 – 35,6 = 30,96 ºF => Q = (48400 x 0,91 x 30,96)/ 24 = 56816,76 BTU/h 5.4. CARGAS VARIAS: 5.4.1. CARGA POR ILUMINACION: El calor cedido por el alumbrado es de 3.42 BTU / watt – hora. En la cámara se han instalado 8 pares de fluorescentes de 40 watts de potencia cada uno, lo cual asegura una iluminación buena y uniforme en todo el recinto para poder realizar los respectivos trabajos con mayor visibilidad. Qiluminacion = Potencia total x (3.42 BTU / watt - hora) x 24 hora / día Qiluminacion = (16 x 40) x 3,42 x 24 Qiluminacion = 52531.2 BTU => referido a 1 día 5.4.2. CARGA POR PERSONAS: Qpersonas = (Calor equivalente / persona) (# Personas) (tiempo) Según la tabla 10-15 – Dossat, interpolamos: Temperatura enfriador (ºF) 40 35,6 35
Calor equivalente por persona (BTU/h) 840 888,4 950
Calor equivalente / persona = 888,4 BTU / hora – persona Consideramos 03 personas laborando por un periodo de 4 horas al día, entonces tenemos: Q personas = 888.4 x 3 x 4 20
Qpersonas = 10660 BTU => referido a 1 día V.4.3. CARGA POR MOTORES ELÉCTRICOS Y VENTILADORES: Se asumirá como parte del factor de seguridad 15% debido a que no se conoce la potencia de cada motor que funciona en los ventiladores.
Luego la suma de las cargas varias serán:
Qcargas varias= 52531.2 + 10660,8 Qcargas varias= 63192 BTU => referido a 24 horas 5.5. CARGA TOTAL DEL PRODUCTO: QTOTAL = Qparedes + Qaire + Qproducto + Qcargas varias QTOTAL = (12837,5414 x 24) + (49157,3) + (24 x 56816,76) + 63192 QR = 1784052,534 BTU => calor total que entra en 24 horas 5.6. CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN REQUERIDA: La cámara utilizada tiene un periodo de deshielo de 6 horas por lo cual el tiempo de funcionamiento diario de la cámara será de 18 horas. Debido a que algunos datos utilizados son aproximados y no exactos haremos uso de un factor de seguridad que corrija esos valores en un rango confiable. Factor de seguridad = 1,5 QTOTAL = (1,5) (1784052,534) (24/18) = 3568105,068 BTU Capacidad
=
3568105 ,068 BTU 24 h
0,25216 kcal ton = 12,4ton BTU 3024 kcal
VI. SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE: Para nuestro diseño vamos a hacer uso del Refrigerante R-22 el cual es uno de los compuestos de la familia de los generalmente llamados freones pertenecientes a los hidrocarburos halogenados más usado en refrigeración. Se compone de un átomo de carbono, uno de hidrógeno, uno de cloro y dos de flúor siendo su fórmula química CHClF 2 (monoclorodifluorometano)
•
CARACTERISTICAS DEL R-22::
Este refrigerante es del grupo de los HCFC, inicialmente estaba diseñado para aire acondicionado pero hasta hace poco se emplea para todo.
21
Su punto de ebullición es –40,8 ºC a presión atmosférica, es miscible con el aceite mineral y sintético pero en bajas temperaturas es recomendable utilizar separador de aceite. Acepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la temperatura de descarga. Absorbe 8 veces más humedad que el R12. Los vapores de R-22 son inodoros y sus efectos sobre las personas son iguales que con el R-12. Las fugas en las instalaciones de R-22 se localizan en la forma habitual con una lámpara detectora de fugas. Actualmente se prohíbe su empleo en equipos e instalaciones nuevas excepto para equipos de aire acondicionado inferior a 100kW, y con temperaturas de evaporación de hasta -25 ºC. VII. CICLO TERMODINAMICO DE REFRIGERACION 7.1. CONDICIONES DE EVAPORACION: La conservación de alimentos y otros productos en condiciones óptimas de refrigeración, depende no únicamente de la temperatura del espacio refrigerado sino también de la humedad del espacio. Cuando es muy baja la humedad del espacio, se tiene una deshidratación excesiva. El factor más importante que regula la humedad en el espacio refrigerado es la DT del evaporador. Sabiendo que : DT= TCámara + Tevap. Este valor esta íntimamente ligado con la humedad relativa, según la tabla 11-2 de Dossat, para una humedad relativa que se encuentra en el rango de 85 - 90% y utilizando una convección forzada (por ser una cámara relativamente grande donde se utilizan ventiladores para agilizar el movimiento del aire que porta el calor dentro de la cámara), tenemos los siguientes resultados: Para Tcámara = 2ºC = 35,6 ºF y con humedad relativa 90 – 86% => Humedad Relativa % 90 - 86
DT (ºF) - Convección Forzada 8 - 10
Escogemos el valor de DT = 10 ºF => TEVAPORADOR = TCÁMARA - DT TEVAPORADOR = 35,6 – 10 TEVAPORADOR = 25,6 ºF = -3,56 ºC Según la tabla A-4 del stoecker, para el R-22 se tiene: Temperatura (ºC) -3 -3,56 -4
Presión (kg/cm2) 4,61762 4,5321024 4,46491
22
Pevap.= 4,5321 Kg/cm 2. 7.2. CONDICIONES DE CONDENSACION: Dentro de los factores que deben tenerse en cuenta los que tienden a limitar el tamaño del condensador y la cantidad del medio condensante en circulación; estos son su costo inicial, el espacio disponible y los requerimientos de potencia del ventilador, soplador, o bomba para circular el medio condensante. Además cuando se usa agua como medio condensante y el agua de salida es tirada al caño, la disponibilidad y costo del agua deberán tomarse en cuenta. Según recomendaciones de Juan Ramírez M. en su libro REFRIGERACION, la temperatura de condensación se encuentra entre los valores de: ΔTcond.= (12 – 16 °C) Capitulo 11. Y dado que: Tcond.= ΔTcond + Tent. Tomando: ΔTcond = 14,8 °C y sabiendo que la temperatura de entrada es de 19,2 °C, se tiene: Tcondensacion = 34 ºC Cuadro de temperaturas: T alm (ºC) 2
T amb (ºC) 19,2
DT evap (ºF) 10
T evap (ºC) -3,56
T cond (ºC) 34
VIII. ESQUEMA DEL CICLO TERMODINAMICO DE LA PLANTA 8.1 CICLO TERMODINÁMICO: En las gráficas siguientes se muestra el esquema de instalación del ciclo de compresión de vapor así como su correspondiente diagrama p – h. Diagrama presión - entalpia
23
Ciclo de Comprensión de vapor de una etapa: Para la cámara de conservado.
8.2. CÁLCULO DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES DEL CICLO: Interpolación para hallar las magnitudes a la temperatura de evaporación (-3,56 ºC) T (ºC) -3 -3,56 -4
P (kg/cm2) 4,61762 4.5321 4,46491
hv (kcal/kg) 59,883 59,827 59,783
sv (kcal/kg.ºC) 0,2241 0,2243 0,2244
v (m3/kg) 0,0519 0,05285 0,0536
En la tabla, siguiente se muestran los parámetros principales de los puntos del ciclo termodinámico. PUNTO Temperatura Presión Entalpía Entropía X Volumen 2 (°C) (kg/cm ) Kcal/Kg Kcal/KgºK (calidad) Especifico 24
1 2 3 4
-3,56 50 34 -3,56
4.5321 13.94890 13.5963 4.5321
59,827 65.05 21.497 21.497
0.2243 0.2243 0.0787 0,08182
1 --------0 0,235
(m3/kg) 0.05285 0,020 8,63 x 10 -4 0,013
El valor de la calidad x = 0,235 del punto 4 se obtuvo utilizando las entalpías de líquido y vapor saturado a la presión de evaporación con la siguiente fórmula: x
=
− h f h g − h f h4
Los datos restantes se calcularon haciendo uso de la tabla A-4 del Stoecker y también de la gráfica presión – entalpía del Freón 22 para calcular los parámetros del punto 2. 8.2.1. EFECTO REFRIGERANTE: El efecto refrigerante es el calor transferido en el proceso de evaporación 4 – 1: E.R.U. = h1 - h4 E.R.U. = (59.827 - 21.497) Kcal/Kg. E.R.U. = 38.33 Kcal/Kg. = 160,48 KJ/Kg. 8.2.2. FLUJO MÁSICO DEL REFRIGERANTE: De las suma de las cargas totales: 50 ,4kcal / min = 624 ,96 kcal / min Cargas totales: QT = 12 ,4ton ton Por lo tanto el flujo másico necesario será: o
m
=
QT h1
−
624 ,96kcal / min
h4
=
38,33kcal / kg
=
16,305 kg / min
8.2.3. POTENCIA DE COMPRESIÓN TEÓRICO: o
N C
=
m( h2
−
h1 )
Nc = (16,305 kg/min).(65,05 – 59,827) kcal/kg Nc = 85,161 kcal / min. Nc = 5,943 kW = 7,97 HP 8.2.4. CALOR RECHAZADO POR EL CONDENSADOR: QC
= (h2 − h3 )
25
Qc = 65,05 – 21,497 kcal/kg Qc = 43,553 kcal/kg 8.2.5. COEFICIENTE DE FUNCIONAMIENTO: (COP) COP =
− h4 59,827 − 21,497 = = 7,34 h2 − h1 65,05 − 59,827 h1
8.2.6. POTENCIA POR TONELADA: Nc = 7,97 HP Ton 12,4 Tn (Nc / Ton) = 0.643 HP / Ton. 8.2.7. CAUDAL VOLUMETRICO TEORICO: o
V T
=
m .v1
=
(16,305kg / min)(0,05285m 3 / kg )
=
0,8617m 3 / min
8.2.8. CAUDAL VOLUMETRICO POR TONELADA: c.v.t =
V T Ton
=
0,8617 12 ,4
= 0,0695 m 3 / min .Ton
IX. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 9.1. SELECCIÓN DEL COMPRESOR: Se va a emplear un compresor hermético, ya que según recomendaciones bibliográficas es utilizado para refrigerar menos de 50 Ton, por lo tanto nuestra cantidad en masa a refrigerar esta dentro del rango recomendado. Para seleccionar el compresor hacemos uso del catálogo de compresores BRISTOL cuyos equipos se encuentran a la venta en nuestra ciudad en los principales distribuidores como es COLD IMPORT. Para ello necesitamos de los siguientes parámetros: Temperatura de evaporación Capacidad de refrigeración Potencia teórica del compresor
: -3,56 ºC : 12,4 Ton = 43610 watts : 8 HP
De la tabla del Anexo utilizada para la selección del compresor realizamos la siguiente interpolación: Temperatura de evaporación (ºC) =>
Potencia (Capacidad de refrigeración) en Watts 5
-3,56
-5
HP
26
BRISTOL H2NG244DRE
72360
49733,4
46050
20
Donde se observa que la capacidad de refrigeración admisible por el compresor es mayor que la nuestra y por lo tanto se asegura un normal desempeño de este de acuerdo a nuestros requerimientos de refrigeración. Además la potencia del compresor es mayor que la potencia teórica obtenida, asegurando de esta manera la potencia necesaria para el ciclo de compresión diseñado. Entonces escogemos: Compresor BRISTOL H2NG244DRE Potencia : 20 hp 460 V IIIph 60 Hz Precio : 5641 euros = 7216,53 dólares Capacidad : 49733,4 watts 9.2. SELECCIÓN DEL CONDENSADOR: Para la selección del condensador enfriado por aire forzado por ventiladores necesitamos los siguientes datos: Temp evaporación : :-3,56 ºC = 25,6 ºF Temp condensación : 34 ºC = 93,2 ºF DT = Temperatura condensación – Temperatura ambiente DT = 34-19,2 = 14,8 ºC = 58,64 ºF Capacidad de refrigeración : 12,4 Ton = 148705,584 BTU/hora Factor de rechazo de calor (tabla 14-1B Dossat) : 1,2676 Factores de rechazo para compresores herméticos Temperatura del condensador (ºF) T evaporador (ºF) 90 93,2 100 25 1,24 1,2496 1,27 25,6 1,2376 1,2472 1,2676 30 1,22 1,2296 1,25 Factor de corrección por altura : 1,0 (cámara cerca al nivel del mar) Factor de corrección por diferencia de temperatura : 2 (Tabla R-14B) Aplicando los factores correctivos a la carga de refrigeración: Capacidad
=
148705 ,584 x1, 2472 x 2 1,0
=
370931 , 21 BTU / h
De la tabla R-14A de Dossat tenemos que el condensador enfriado por aire tiene las siguientes características: Tamaño de la unidad Número de circuitos disponibles Capacidad por circuito Capacidad total
: 27 : 24 : 16500 BTUH : 396 MBTUH 27
9.3. SELECCIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE EXPANSION: Para nuestro caso se hará uso de la válvula de expansión termostática, debido a su elevada eficiencia y a lo fácil de adaptarse a cualquier tipo de aplicación. Para la selección de la válvula de expansión termostática se hará uso de la tabla R-21 del Dossat, para la cuál necesitamos los siguientes datos: Temp Evaporador Capacidad de refrigeración Presión del evaporador Presión del condensador Diferencia de presión en la válvula
Tipo nº TEL2200F
125 16,6
: -3,56 ºC : 12,4 Toneladas : 4,5321 kg/cm 2 : 13,5976 kg/cm 2 : 9,0655 kg/cm 2 = 129 psi
Temperatura en el evaporador 0 -3,56 -10 Diferencia de presiones a través de la válvula (psi) 129 150 129 125 129 16,84 18,1 15,286 13,8 13,992
150 15
Tenemos que para la temperatura de evaporación y para la caída de presión especificada el modelo TEL2200F asegura un desempeño confiable del proceso de expansión del líquido refrigerante. 9.4. SELECCIÓN DEL EVAPORADOR: Se utilizará un evaporador de serpentín de tubo aletado por convección forzada (ventilador) con el criterio de que ocupa menor espacio en comparación con el evaporador por convección natural y también porque las aletas incrementan el proceso de transferencia de calor. Sabemos que la capacidad de refrigeración es de: 12,4 Ton = 148705,5838 BTU/h Según la tabla 11-2 del Dossat para una convección del tipo forzada y para una humedad relativa del espárrago del 95 % tenemos que nuestro DT = 10 ºF Con este valor nos vamos a la Tabla R-8 Del Dossat en donde escogemos el evaporador UC320 cuya capacidad de refrigeración es de 32000 BTU/h y por lo tanto habrá más de un evaporador. El número de evaporadores en la cámara será el siguiente: Nº Evaporadores = 148705,5838/32000 = 4,65 = 5 evaporadores Entonces cada uno de los 5 evaporadores de la cámara de refrigeración tienen las siguientes características:
28
Modelo Superficie Circuitos Diámetro. Tubería Nº Motores Potencia Diámetro del ventilador Nro. Revoluciones Cantidad de Aire Tiro de aire
: UC320 : 1030 pies 2 :3 : ¾ pulgadas :2 : ¼ HP : 22 pulgadas : 1140 rpm. : 6000 pies 3 / minuto : 28
X. SELECCIÓN DE TUBERIAS Y ACCESORIOS: 10.1. DATOS DEL PROYECTO: Para la realización de este proyecto se tiene los siguientes datos: R - 22 Cantidad de producto a refrigerar Capacidad de refrigeración T evaporación P evaporación T condensación P condensación Tiempo de funcionamiento al día Temperatura del cuarto
22 toneladas de espárrago verde en conserva 12.4 Ton = 43,62 Kw -3,56 ºC = 25,6 ºF 4,5321 kg/cm 2 34 ºC = 93,2 ºF 13,5976 kg/cm 2 18 horas 2 ºC
10.2. MATERIAL: El tipo de material empleado en tuberías para refrigeración depende del tamaño y naturaleza de la instalación, del refrigerante utilizado, del costo de los materiales y de la mano de obra. Atendiendo a los criterios antes mencionados, la tubería será de cobre, puesto que tiene la ventaja de ser de peso liviano, tiene mayor resistencia a la corrosión y es más fácil de instalar que otros materiales (hierro dulce y acero).
10.3. SELECCIÓN Y ACCESORIOS:
DIMENSIONAMIENTO
DE
LA
TUBERÍA
Y
El tamaño de la tubería de succión es por lo general más crítico que las otras tuberías. El tamaño óptimo de la tubería de succión es aquel que brinda la caída de presión mínima práctica en el refrigerante, de acuerdo con la velocidad de vapor que sea suficiente para asegurar el adecuado retorno del aceite: tubo de menor diámetro, puede causar una caída de presión excesiva; tubo de mayor 29
diámetro, puede ocasionar que la velocidad sea menor que la requerida, en todo caso lo que se busca es asegurar el suministro adecuado de refrigerante para el compresor. Otros aspectos a tomar en cuenta están relacionados con el retorno del aceite al cárter del compresor y también de tener cuidado que no ingrese refrigerante líquido al compresor por ningún motivo ya que esto es perjudicial para el compresor. 10.3.1. TUBERIA DE ADMISION ENTRE EL EVAPORADOR Y EL COMPRESOR (TUBERÍA DE SUCCIÓN): Para la selección de la tubería de succión hacemos uso de la tabla 19-3 del Dossat en la cual se han establecido una relación entre la temperatura de evaporación y la capacidad de refrigeración para obtener el diámetro exterior de la tubería de succión. Así tenemos: Para 12,4 Ton de refrigeración a 25,6 ºF, se encuentra en el rango donde el diámetro exterior de la tubería es de 1 5/8 pulgadas. Tamaño del tubo de cobre tipo L (diámetro exterior) 1 5/8 pulg
Temp. Succión (ºF) => Capacidad (Ton) ΔP (psi)
20
25,6
40
10,26
11,8532
15,95
2,22
2,4188
2,93
Donde hemos calculado: La Capacidad de tabla ΔP
: 11,8532 Ton : 2,4188 kg/cm 2
Como paso siguiente calculamos el factor de corrección para la capacidad obtenida de tabla, para ello en la página 483 del Dossat se encuentra relacionado el factor de corrección con la temperatura de condensación, entonces obtenemos: Temp. Condensación (ºF) 90 93,4 100
Factor de Corrección (tubo de succión) 1,08 1,063 1,03
Luego calculamos la capacidad real: Capacidad corregida = Capacidad de tabla x factor de corrección Capacidad corregida = 11,8532 x 1,063 = 12,6 Toneladas.
30
Calculamos ahora la temperatura equivalente (ΔT) de la caída de presión para el R-22 en el gráfico ΔT vs. ΔP en la misma página, de donde obtenemos: Para ΔP = 2,4188 y Temp succión = 25,6 ºF => ΔT = 2,2 ºF Ahora haciendo uso de la tabla 15 – 1 del Dossat para longitud equivalente en pies debido a válvulas y uniones tenemos: Tipo de unión Válvula de globo abierta Codo Estándar 90 grados
1½“ 43
1 5/8 “ 45,75
2“ 54
4,5
4,625
5
En el trayecto desde el evaporador hasta el compresor se van a utilizar una válvula tipo globo – abierta y 5 codos, entonces la longitud equivalente será: Longitud por válvula globo – abierta : 45,75 pìes Longitud por codos estándar 90 grados ( 5 codos) : 23,125 pies Longitud equivalente por válvulas y codos = 68,875 pìes Con todo lo anterior, hacemos uso de la fórmula siguiente para hallar finalmente la longitud en la tubería de succión: ∆T = longequiva lentetuber ía Capac .real 50 Capac .corregida
1, 8
Longitud equivalente de tubería = long equivalente (válvulas y codos) + long tubería de succión
5 0∆ T
− l o n g e (vqa luv u,iclova d s) l o n g t ua bs ue rc í c= i ó n 1,8 C a p.r ae ca l C a p.c ao cr r e g i d a
longtuberí asucción
=
50 x 2,2 1,8
12 ,4 12 , 6
− 68 ,875
Longitud tubería de succión = 44,34 pies = 13,51 m.
31
10.3.2. TUBERIA DE DESCARGA ENTRE EL COMPRESOR Y EL CONDENSADOR: Para la selección de la tubería de descarga entre el compresor y el condensador procedemos con los mismos pasos que para el caso anterior; así tenemos: Para 12,4 Ton de refrigeración a 25,6 ºF, se encuentra en el rango donde el diámetro exterior de la tubería es de 1 3/8 pulgadas. Tamaño del tubo de cobre tipo L (diámetro exterior) 1 3/8 pulg
Temp. Succión (ºF) => Capacidad (Ton) ΔP (psi)
0
25,6
40
18,6
19,816
20,5
6,1
Donde hemos calculado: La Capacidad de tabla ΔP
: 19,816 Ton : 6,1 kg/cm 2
Como paso siguiente calculamos el factor de corrección para la capacidad obtenida de tabla, para ello en la página 483 del Dossat se encuentra relacionado el factor de corrección con la temperatura de condensación, entonces obtenemos: Temp. Condensación (ºF) 90 93,4 100
Factor de Corrección (tubo de descarga) 0,86 0,8906 0,95
Luego calculamos la capacidad real: Capacidad corregida = Capacidad de tabla x factor de corrección Capacidad corregida = 19,816 x 0,8906 = 17,648 Toneladas. Calculamos ahora la temperatura equivalente (ΔT) de la caída de presión para el R-22 en el gráfico ΔT vs. ΔP en la misma página, de donde obtenemos: Para ΔP = 6,1 y Temp condensación = 93,4 ºF => ΔT = 2,1 ºF Ahora haciendo uso de la tabla 15 – 1 del Dossat para longitud equivalente en pies debido a válvulas y uniones tenemos:
32
Tipo de unión Válvula de globo abierta Codo Estándar 90 grados
1 1/4 “ 35
1 3/8 “ 39
1 1/2 “ 43
3,5
4
4,5
En el trayecto desde el compresor hasta el condensador se van a utilizar dos válvulas tipo globo – abierta y 5 codos, entonces la longitud equivalente será: Longitud por válvula globo – abierta (2 válvulas) Longitud por codos estándar 90 grados (5 codos)
: 78 pìes : 20 pies
Longitud equivalente por válvulas y codos = 98 pìes Con todo lo anterior, hacemos uso de la fórmula siguiente para hallar finalmente la longitud en la tubería de descarga: ∆T = longequiva lentetuber ía Capac .real 50 Capac .corregida
1, 8
Longitud equivalente de tubería = long equivalente (válvulas y codos) + long tubería de descarga
l o n g t ua bd e ars rí cag =
5 0∆ T 1,8
− l o n g e(vqa luv u,iclova d s)
C a p.r ae ca l C a p.c ao cr r e g i d a
longtuberí adesc arg a
=
50 x 2,1 1, 8
12 ,4 17 ,648
− 98
Longitud tubería de descarga = 100,2 pies = 30,54 m.
10.3.3. TAMAÑO DE TUBERÍA PARA LÍQUIDOS: Para calcular el tamaño de la tubería para líquidos hacemos uso de la Tabla 19-3 del Dossat para calcular el tamaño de la tubería: Donde para la capacidad de 12,4 Toneladas el diámetro exterior de la tubería establecido es de 7/8 pulgadas. Capacidad corregida
: 17 Toneladas 33
ΔT
: 1 ºF
Ahora hallando la longitud equivalente de tubería por válvulas y codos tenemos: Tipo de unión Válvula de globo abierta Codo Estándar 90 grados
3/4 “ 21
7/8 “ 23,5
1“ 26
2
2,25
2,5
En el trayecto desde condensador hasta el compresor se van a utilizar dos válvulas tipo globo – abierta y 4 codos, entonces la longitud equivalente será: Longitud por válvula globo – abierta (2 válvulas) Longitud por codos estándar 90 grados (4 codos)
: 47 pìes : 9 pies
Longitud equivalente por válvulas y codos = 56 pìes Con todo lo anterior, hacemos uso de la fórmula siguiente para hallar finalmente la longitud en la tubería de descarga: ∆T = longequiva lentetuber ía Capac .real 50 Capac .corregida
1, 8
Longitud equivalente de tubería = long equivalente (válvulas y codos) + long tubería de líquidos
5 0∆ T
− l o n g e (vqa luv u,iclova d s) l o n g t ua bl íeq ruí =i d o s 1,8 C a p.r ae ca l C a p.cao cr r e g i d a
longtuberí alíquidos
=
50 x1,0 1, 8
12,4 17,0
− 56
Longitud tubería de líquidos = 32,23 pies = 9,80 m. 10.4. ACCESORIOS: 10.4.1. ELEMENTOS DE LA LINEA DE SUCCION:
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a) VALVULA DE PASO DEL REFRIGERANTE: Tiene por finalidad permitir aislar el compresor del resto del sistema. b) MANOMETRO Y TERMOMETRO: Entre la válvula de paso de la línea de succión y el compresor hay un termómetro y un manómetro para indicar las condiciones de succión en que se encuentra trabajando el compresor. c) PREOSTATO DE BAJA PRESION: Constituido de un fuelle metálico sobre el cual actúa la presión del refrigerante y un contacto eléctrico que se abre o cierra por un movimiento de palancas accionado por los desplazamientos del fuelle metálico. d) FILTRO DE SUCCION: Protege las partes móviles del compresor, de la suciedad, incrustaciones, limaduras, etc; que pueden haberse introducido en el sistema durante las operaciones de montaje o reparación. 10.4.2. ELEMENTOS DE LA LINEA DE DESCARGA: a) VALVULA DE PASO: Cumple igual finalidad que la válvula de paso de la línea de succión. b) VALVULA DE SEGURIDAD: Del tipo resorte, va instalado en la línea de descarga del compresor y la válvula de paso, para proteger el lado de alta del sistema contra presiones excesivas. La descarga de la válvula de seguridad se comunica con la línea de succión del compresor y en el caso de que la presión de descarga adquiera un valor excesivo, la válvula de seguridad se abre y deriva la descarga del gas del lado de baja. c) PREOSTATO DE ALTA PRESIÓN: Diseño similar al anterior. Esta regulado a la máxima presión que se desea en la descarga, cuando se alcanza esta presión se abre el circuito eléctrico y se para el compresor antes de que la válvula de seguridad llegue a operar. La válvula opera sólo en el caso de que el preostato esté descompuesto o con ajuste inadecuado. d) RECIBIDOR DEL LIQUIDO: Sirve para acumular el líquido refrigerante en los momentos en que la carga de refrigeración sea baja y para recoger el refrigerante cuando sea necesario evacuar el sistema para reparación. e) DESHIDRATADOR: Elimina la humedad del sistema de refrigerante, va instalado en derivación o “by pass” en la línea del líquido. Se pone en uso después de la carga con refrigerante del sistema o en cualquier momento que se sospeche la existencia de humedad.
35
f) INDICADOR VISUAL: Permite observar el paso del líquido refrigerante por la tubería. Cuando se aprecia la presencia de burbujas en la corriente, significa que existe una inadecuada carga de refrigerante en el sistema con la consiguiente pérdida de capacidad del equipo. g) VALVULA DE SOLENOIDE: Detiene la circulación del refrigerante cuando el compresor se para, con el objeto de evitar la excesiva inundación de los serpentines del evaporador, que puede ocasionar un retorno del refrigerante líquido al compresor en el arranque. La válvula de solenoide está conectada eléctricamente al circuito de control de arranque del motor del compresor, de modo que la válvula sea excitada para permanecer abierta cuando el compresor se encuentra en operación normal. h) FILTRO DE LIQUIDO: Elimina materias extrañas introducidas en el sistema de refrigeración antes de que el líquido ingrese en la válvula de solenoide o de expansión. i) VALVULA DE EXPANSION TERMOSTATICA: Controla la cantidad de refrigerante que es admitido en los serpentines de enfriamiento y reducir la presión desde el valor correspondiente a los serpentines del condensador hasta la presión que existe en el evaporador. DIBUJO ESQUEMÁTICO DE LA CÁMARA: Presentado en los planos respectivos del trabajo CONCLUSIONES: •
La carga térmica de refrigeración a extraerse es de 12,4 Ton de refrigeración, usando como refrigerante R-22 y contando con las siguientes características: Tevap Pevap Tcond Pcond
•
•
: 25,6 ºF : 4,5621 kg / cm. 2 : 93,2 ºF : 13,5976 kg. / cm. 2
Es posible mantener refrigerado un producto alimenticio en buen estado (en este caso carne de pavo) siempre y cuando se tomen en cuenta parámetros de diseño y funcionamiento adecuados para la cámara de refrigeración así como también las características del producto a refrigerar. Al ser las presiones de evaporación y condensación superiores a la atmosférica, cumplimos uno de los criterios esenciales para la selección de refrigerantes, ya que dichas presiones deben ser mayores a la atmosférica para evitar que el aire entre en el sistema en caso de posibles fugas.
36
•
.
Ha sido posible adquirir un mayor conocimiento sobre los principios de diseño de cámaras de refrigeración mediante la búsqueda de información actualizada necesaria para este proyecto.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: •
Stoeker W.F – “Refrigeración y Acondicionamiento de
Aire·” •
Primera Edicion , Mc Graw Hill Book, Mexico 1978
Roy J. Dossat- “Principios de refrigeración” , Editorial Continental S.A., 1995, México. •
Rudolf Plank- “El empleo de frío en la industria de la alimentación” , Editorial Reverte S.A., 1980, España. •
Ramírez Millares Juan. “Refrigeración” Editorial CEACSA. Barcelona. 1995. •
Información del Proceso de Elaboración del Espárrago Verde en Conserva – Empresa Agroindustrial TALSA •
Información del Proceso de Elaboración del Espárrago Verde en Conserva – Empresa Agroindustrial INCA GOLD •
ANEXOS 37
ANEXO 1: Dibujo de los espesores de las paredes aislantes:
ANEXO 2: Tabla BRISTOL para la elección del compresor
38
ANEXO 3: Tablas para la selección del condensador:
39
ANEXO 4: Tabla para la selección de la válvula de expansión:
40
ANEXO 5: Tabla para la selección del evaporador:
41
ANEXO 6: FOTOS TOMADAS A LA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN DE LA EMPRESA INKA GOLD 42
Espárrago seleccionado
Compresor hermético
43
Válvula de expansión
Compresor y condensador
Compresor
44
