DISEÑO DE UNA CAMARA CONSERVACION PARA MANGO

I.- INTRODUCCIÓN

En general los alimentos son perecederos, por lo que necesitan ciertas condiciones de

tratamiento, conservación y manipulación. Su principal causa de deterioro es el ataque

por diferentes tipos de microorganismos (bacterias, mohos y levaduras).

La refrigeración mantiene el alimento por debajo de la temperatura de multiplicación

bacteriana. (Entre 2 y 5 ºC en cámaras frigoríficas industriales, y entre 8 y 15ºC en

frigoríficos domésticos.). Conserva el alimento sólo a corto plazo, ya que la humedad

favorece la proliferación de hongos y bacterias.

El pre-enfriado o enfriamiento es una operación que se realiza luego de la cosecha del

producto (frutas, hortalizas o incluso flores) y tiene por objetivo quitar el calor de

campo que tiene el mismo. Su empleo es especialmente importante en frutos de

carozo,mangos, hortalizas de hoja, choclo, brócoli entre otros, aunque la mayoría se

beneficia con este procedimiento, sobre todo los que se cosechan en la temporada

cálida.

Podríamos separar dos tipos de objetivos del preenfriado, los biológicos buscan:

- Disminuir el metabolismo del producto y así el deterioro.

- Reducir la transpiración.

- Minimizar el crecimiento de microorganismos perjudiciales.

Por su parte, los objetivos técnicos intentan mejorar la eficiencia del uso del frío,

entrando a las cámaras frigoríficas de almacenamiento y/o vehículos refrigerados los

productos a una temperatura cercana a la óptima.

II. FORMULACION DEL PROBLEMA Y PLANTEAMIENTO DE HIPÓTESIS

• DIAGNÓSTICO

Por medio de este trabajo se trata de mostrar una realidad que

afrontamos hoy como ingenieros de industrias alimentarias el poder

almacenar y conservar productos alimentarios como en este caso es el

mango.

La idea base de este trabajo es diseñar una cámara de conservación,

pero para esto es necesario replantearse cuál sería el problema al

construir esta cámara debido a que es necesario tener ciertos

conocimientos en lo que respecta a hacer una buena selección del

refrigerante pues es necesario tener en cuenta una valoración

económica, de eficiencia energética. Además se deben proyectar todas

las acciones posibles para disminuir la carga térmica que debe ser capaz

de ser eliminada por el sistema de refrigeración.

Se diseñara una cámara acorde a las exigencias planteadas para el

cumplimiento de las diferentes normas de calidad, para la conservación

de alimentos, además este proyecto de diseño demostrara cuán

importante es elaborar esta cámara de forma automatizada, con un

mínimo de consumo de energía.

III.- OBJETIVOS:

Diseñar una cámara frigorífica para conservación de mango con una capacidad

de 500kg

IV.- MARCO TEORICO:

CAPACIDAD FRIGORÍFICA La capacidad frigorífica necesaria para quitar el calor de campo de una fruta dependerá

de:

- El peso del producto

La diferencia de temperatura entre la temperatura del producto a la cosecha y aquella a

la cual deseamos enfriarlo.

La velocidad a la cual deseamos enfriarlo (Tiempo de enfriado).

El calor específico de la fruta (la cantidad de calor, usualmente expresada en

kilocalorías (kcal) , que es necesario quitar para disminuir 1ºC la temperatura de un

kilogramo (kg) de fruta. Recordemos que el calor específico del agua es de 1 kcal/ kg /

ºC.

De estos factores:

El peso del producto es importante para el dimensionamiento de los equipos. A mayor

cantidad de producto trabajado se necesitará un equipo de mayor capacidad para poder

enfriarlo.

La temperatura del producto y la temperatura a la cual deseamos enfriarlo. Cuanto

mayor sea la temperatura inicial mayor será la necesidad de capacidad frigorífica

(mayor capital) y de consumo energético (costos de operación). Es por esto que proteger

al producto llevándolo a la sombra lo antes posible no sólo evita el deterioro, sino que

también ahorra pesos en la factura de electricidad. De igual manera cuanto menor sea la

temperatura a la cual queremos llevar la producto, mayor será el requerimiento

frigorífico.

La velocidad a la cual deseamos enfriar. A mayor velocidad, mayor requerimiento de

capacidad frigorífica. Aunque lo ideal es enfriar lo más rápido posible es necesario

encontrar una solución de compromiso entre velocidad y necesidad de inversiones de

capital para alcanzar dicha velocidad. El método de pre-enfriado, como veremos más

adelante, será además limitante de la velocidad de enfriamiento.

El calor específico depende de la especie, variedad y hasta cierto punto puede depender

de las condiciones de cultivo, pero en general no es posible manejarlo.

TRANSPORTE Y CONSERVACION DE ALIMENTOS

Durante al transporte así como durante la conservación de los alimentos se debe

mantener permanentemente la temperatura de los productos en la banda deseada. Esto

es fundamental para mantener adecuadamente las características físicas y

microbiológicas de los alimentos.

Durante la conservación y transporte inadecuados de los productos alimenticios se

puede producir diversos tipos de alteraciones:

Oxidación de las grasas que componen el producto pos acción del oxigeno

del aire y de la luz. Un buen envasado y ausencia de luz ayuda a evitar este

defecto que produce enranciamiento de sus componentes grasos.

Lógicamente si en el envasado se desplaza al aire con un gas inerte como el

nitrógeno, el resultado es la conservación inmejorable del producto.

Exudación por separación de fases. Si la cadena de frió no se mantiene, el

producto puede sufrir una separación de fases (grasa y agua) con un

deterioro evidente de la calidad física y microbiológica del producto.

Proliferación microbiana, si durante el transporte o conservación del

producto suben las temperaturas, aunque sea por un periodo corto de tiempo,

se vuelven a reactivar los microorganismos presentes, dando lugar a un

deterioro microbiológico del alimento.

Alteraciones enzimáticas que producen desnaturalización de las proteínas y

descomposición de las grasas, esta actividad enzimatica es consecuencia del

desarrollo de microorganismos que se reavivan al subir la temperatura de

almacenamiento o transporte.

Desecación de los productos (perdida de humedad), que se puede evitar con

una buena congelación ultrarrápida y una conservación y transporte en

adecuadas condiciones. Los productos mejor envasados conservan mejor la

humedad

Perdidas de color y perdida de vitamina C. en almacenamientos muy

prolongados se puede producir perdida de color y de vitamina C como

consecuencia de la luz y el aire. Por ello siempre se aconseja la

conservación de los productos envasados y al abrigo de la luz. Las pérdidas

de vitamina C se puede recuperar en algunos casos el 20% del total cuando

además, las temperaturas son altas en el almacenamiento y transporte.

Hay varios factores que influyen en la correcta conservación durante el transporte y

almacenamiento de los alimentos:

1. Relación tiempo – temperatura. Cuando más baja es la temperatura de

almacenamiento, mayor es la duración del producto.

2. Calidad inicial del producto. Aunque la conservación y transporte se

hagan en las debidas condiciones, si el producto no era de calidad, no se pueden

pedir milagros.

3. Sistemas de elaboración. Un proceso de manipulación y fabricación

cuidadoso, higiénico y con equipos bien dimensionados, ayudan a mantener la

calidad inicial del producto. La congelación con líquidos criogénicos han

demostrado reunir las condiciones necesarias para integrarse con plenas garantías

dentro de los procesos de elaboración de todo tipo de alimentos.

CONSERVACION DE MANGO:

ACONDICIONAMIENTO

El mango se acondiciona en cajas de cartón con un peso neto de 4 a 5 kg. En

general las cajas son abatibles pero también pueden ser telescópicas. Al interior de

la caja, las frutas se disponen en un solo nivel. Estas, son aisladas con la ayuda de

travesaños o de envolturas. A veces, las frutas están protegidas por una película de

cera alimenticia. Las cajas de dimensiones 40 x 30 son las más usuales.

TRANSPORTE

El transporte del mango se realiza en contenedores refrigerados autónomos o de tipo

Conair. La temperatura óptima para el transporte fluctúa entre 7 y 12 °C según las

variedades. La Humedad Relativa del aire deberá ser 90% en atmósfera normal. La

duración máxima del transporte desde los lugares de producción hasta el mercado

de destino no debería exceder de 25 días.La condiciones de conservación y de

almacenamiento refrigerado varían en relación a la variedad o al estado de

maduración de la fruta. La variedad Haden se conserva menos tiempo que la Kent y

ésta, menos que la Tommy Atkins.Por otra parte, los problemas de conservación

son menores al principio de la producci6n de una variedad, al contrario de lo que

pasa al final de la campaña, cuando las frutas maduran ya muy rápidamente y no

soportan transportes largos.La temperatura de conservación del mango se sitúa entre

8 a 10°C, con una humedad relativa de 85 a 95%. En estas condiciones, la duración

práctica de conservación es máxima, entre 3 y 4 semanas.

CONSERVACION

Para una óptima conservación, las frutas deberán ser cosechadas cuando empieza la

maduración y cuando el contenido de azúcar es del orden de 12-13 °Brix, En estas

condiciones la duración de la conservación puede ir más allá de 6 semanas y el

mango puede ser enviado vía marítima en contenedores refrigerados. La

comercialización del producto requiere un mínimo de una semana de durabilidad

del producto antes de la venta.

TEMPERATURAS

 Conservación: 10-13º C Maduración: 20-25ºC

Efecto de la Frigo conservación

La conservación de los frutos a bajas temperaturas influye en diferentes procesos

biológicos como son:

Respiración:

La respiración es el principal proceso de deterioro de los frutos, el mismo es atenuado

por la baja temperatura, que logran diminuir la tasa respiratoria y la pérdida excesiva de

agua, así como la velocidad de las reacciones bioquímicas y enzimáticas. La velocidad

de respiración de un fruto se reduce a la mitad por cada 10ºC en que disminuye la

temperatura (Guerra, 1996).

En los frutos climatéricos como el mango, las temperaturas altas de más de 40ºC

muestran un incremento en la actividad respiratoria, por el contrario, temperaturas bajas

Menores de 13ºC disminuyen su respiración y prolongan su vida de anaquel.

Deshidratación:

Las pérdidas de peso en los frutos se incrementan como consecuencia de la

transpiración después de la cosecha y significa una disminución de la calidad y

aceptabilidad, estas pérdidas suelen ocasionar mermas superiores al 5% durante la

comercialización, al 7 % en la conservación frigorífica durante tres meses y posterior

comercialización

Las condiciones de baja humedad provocan un incremento de la transpiración y por

tanto una elevada pérdida de agua, lo que acelera la secuencia del fruto y una marcada

pérdida de la calidad, tanto por la aparición de arrugas en la corteza como por el

encogimiento y ablandamiento

Las pérdidas por deshidratación representan una cuantía importante, que en algunos

casos pueden superar a las producidas por las podredumbres.

Pérdida de la calidad y senescencia:

En la post-cosecha, los frutos evolucionan hacia la senescencia con pérdidas de calidad,

ablandamiento, pérdida de acidez, vitamina C y características organolépticas (sabor y

comestibilidad). La velocidad de reacción de los procesos metabólicos, que llevan a la

pérdida de calidad se duplica por cada 10ºC de aumento de la temperatura y en el

tramos de 0 a 10ºC puede llegar incluso a sextuplicarse.

Podredumbres:

La aplicación del frío disminuye los riesgos de aparición y desarrollo de ciertos agentes

causantes de alteraciones como bacterias, hongos y levaduras .Aunque es importante

señalar que puede disminuir la acción de los microorganismos, pero no inhibe la

germinación de esporas de los patógenos que contaminan a las frutas. Para reducir la

incidencia de alteraciones patológicas durante el almacenamiento frigorífico se deben

tomar una serie de medidas higiénicas y profilácticas que van desde evitar el máximo de

heridas y golpes en la recolección y transporte al almacén, pasando por una periódica

limpieza y desinfección de las cajas de campo, línea de manipulación, almacén y

cámaras frigoríficas y se completan con un tratamiento fungicida aplicado a la propia

fruta.

Variables manejables durante la frigoconservación.

Los factores que determinan el éxito del almacenamiento son la temperatura, humedad

relativa y la composición de la atmósfera que rodea al fruto.

Temperatura

La temperatura constituye una de las variables más importante para la conservación de

los productos hortofrutícolas. Siendo necesario el control de esta en los locales de

almacenamiento, ya que a medida que disminuya la temperatura, se retarda la pérdida

de calidad de los frutos. Sin embargo, existen limitaciones en cuanto a las temperaturas

mínimas que pueden aplicarse en la Frigo conservación.

Dentro de estas limitaciones se encuentra la temperatura de congelación de los

productos hortofrutícolas. Los frutos y vegetales para consumo en fresco, deben

mantener activo su metabolismo y esto solo puede conseguirse en fase líquida, por lo no

pueden ser sometidos a temperaturas inferiores a las de congelación que oscilan entre

0ºC y - 1.5ºC. La segunda limitación es que algunos de los productos de origen tropical

y subtropical, presentan sensibilidad a las bajas temperaturas que se manifiesta por

diferentes alteraciones y manchas en la piel, conocidas generalmente como lesión o

daño por frío y que pueden causar una alta pérdida de calidad comercial.

Humedad relativa

Para evitar la deshidratación junto con el empleo de las temperaturas bajas se utilizan

humedades relativas elevadas. La humedad relativa adecuada para un determinado

producto dependerá de la relación superficie/volumen de éste. A medida que esta

relación es mayor, la transpiración también lo es. Un valor de la humedad relativa entre

85 –95 % es lo aconsejable para lograr el objetivo de la conservación (Guerra, 1996).

Durante la conservación frigorífica el control de la humedad relativa constituye un

aspecto fundamental para disminuir las pérdidas de agua. El uso de sistemas

electrónicos de control y boquillas de pulverización cuarzo permiten una perfecta

nebulización con un costo razonable.

Renovación y circulación del aire en las cámaras frías

La renovación y circulación del aire en las cámaras frías son fundamentales para

mantener en los niveles adecuados la concentración de O2 y CO2. La renovación

periódica de la atmósfera se justifica por la necesidad de eliminar los gases y volátiles

indeseables que se producen, mucho de ellos derivados de la actividad metabólica de los

frutos. La recirculación es necesaria para uniformar las condiciones deseadas en todos

los puntos de las cámaras, siendo necesario estibar y almacenar la carga, para que el aire

recircule por todos los alrededores de la unidad.

La velocidad de recirculación de aire mediante ventiladores debe permitir un

movimiento débil y continuo del aire dentro de la cámara, sin sobrepasar la velocidad

entre pallets, permitiendo así una unificación de la atmósfera de la cámara y la

eliminación de los productos volátiles que la fruta desprende.

Condiciones de almacenaje recomendadas para frutas subtropicales y tropicales.

Las condiciones de almacenaje de frutos tropicales y subtropicales varían en

dependencia de la especie y variedad.

LA REFRIGERACIÓN

Es un método de conservación con el frío que ayuda a mantener las características

organolépticas de los embutidos por un mayor tiempo del que se lograría al medio

ambiente, pero sin que se logre mejorar la calidad el producto final.

Se recomienda refrigerar los embutidos inmediatamente después de su elaboración a

una temperatura de 5-10 grados centígrados, baja humedad y circulación de aire. Debe

tenerse en cuenta, además de la temperatura, que el mango que recién entran al

congelador no se debe poner en contacto con los ya refrigerada, pues al entrar con una

temperatura superior, aporta mas humedad, ayudando a la proliferación o desarrollo de

organismos.

V.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA:

Se desea diseñar una cámara frigorífica para la conservación de mango

Text = ºCTint = ºC

VI.- CALCULOS:

CONDICIONES DATOSDimensiones de la cámara 2.3 x 1.6929 x 1.540mÁrea de la superficie externa 20m2

Dimensiones internas 2.2939 x 1.680 x 1.525mVolumen total 5.88 m2

Dimensiones de accesorios internos

Bandejas 2.2939x 0.59 x 0.02m

Tubos 2.2939m (largo)0.05m (diámetro)

Volúmenes de accesorios internos

Bandejas (4) 0.1082m3

Tubos (2) 4.502 x 10-3

Volumen real de la cámara 5.77m3 = 6m3

Aislamiento 6.045cm ( Contiene: vidrio, Poliuretano y acero)

Condiciones ambientales 25ºCTemperatura interna de la cámara 5ºCCp promedio del producto 2.845 KJ/ Kg ºC

3.1. CALCULO DE CARGAS TERMICAS

– Cálculo de carga por transmisión: (pisos, paredes y piso)

Donde:Q = es la carga térmica por transmisión (kj/h)UT = coeficiente global de transmisión de calor del muro (kj/h m2 ºC)AT = área expuesta a la diferencia de temperaturas en m2.Tinterior = temperatura proyectada en el local calefactado (ºC)Texterior = temperatura del exterior o local no calefactado (ºC)

Hallando Área toral:

Área de paredes : 2.3 x 1.540 x 2 = 6.9m2

: 1.692 x 1.540 x 2 = 4.8m2

Área de piso : 2.3 x 1.692 x 2 = 3.75 m2 =18.75%

Área de techo : 2.3 x 1.692 x 2 = 3.75 m 2

Área total : = 19.65m2 = 20m2

Hallando el coeficiente de transmisión:

hext = 0.5 BTU/ h.pie2.ºFhint = 0.24 BTU/h. pie2.ºF

Zona Material R (h.pie2.ºF/BTU)

Pared

Vidrio de una hoja 1.13Poliuretano expandido

0.77

Metal 0.64

Piso

Vidrio de una hoja 1.13Poliuretano expandido

0.77

Metal 0.64Madera 1.10

Por lo tanto:

2.3m

1.629m1.540m

Para paredes:

Para piso:

Por lo tanto:

– Cálculo de cargas debido al efecto solar:

– Cálculo de cargas debido a infiltración del aire:

x10horas

Donde:Q = es la carga térmica por transmisión (kj/h)UT = coeficiente global de transmisión de calor del muro (kj/h m2 ºC)AT = área expuesta a la diferencia de temperaturas en m2.Tinterior = temperatura proyectada en el local calefactado (ºC)Texterior = temperatura del exterior o local no calefactado (ºC)

K = para paredes blanca = 19 (tabla)

250 pìe3 de cámara 38pie3 de cambio de aire /24horas

250 pìe3 de cámara X pie3 de cambio de aire /24horas

32.22 pìe3 de cambio de aire /24horas 24 horas

X 1 hora

– Cálculo de cargas debido a las personas:

– Cálculo de cargas debido al equipo misceláneo:o Calor de iluminación

– Cálculo de cargas debido al producto a refrigerador:

X = 32.22 pìe3 de cambio de aire /24horas

X = 1.34 pìe3 de cambio de aire /1horas

1.34 pìe 3 x 0.0283 m 3 = 0.038 m 3 h pìe3 h

Considerando: que la luz solo se prende cuando se carga o descarga el producto = 3 horas

CARGA TERMICAS TOTALES

Calor de fuga ------------------

Calor por efecto solar--------

Calor por infiltración ------------------------------

Calor debido a personas--------------------------------

Calor por misceláneos ----------------------------

Calor por producto------------------------------

Q total = 50972.302 KJ/10horas

Margen de error = 50972.302 KJ/10horas

50972.302 KJ/10horas x 1.1= 56069.2 KJ/10horas

3.2 CALCULOS CON EL REFRIGERANTE

CALCULO DE LAS PROPIEDADES DEL REFRIGERANTE (R 134a)

Punto Presión (KPa) Temperatura (ºC) Entalpía (h) KJ/Kg Entropía (S)KJ/Kg ºk

1 350.05 5 401.5 1.72452 666 29.87 414.735 1.72453 666 25 234.55 1.124 350.05 5 234.55 1.12z

CALCULO DE LA RELACION DE COMPRENSION:

Rc = = 1.902

CALCULO DEL FLUJO MASICO DEL REFRIGERANTE

Si sabemos que

CALCULO DEL CALOR DEL COMPRENSOR

CALCULO DEL COP

CALCULO DEL COEFICIENTE DE EFICIENCIA TERMICA

CALCULO DEL DE LA EFICIENCIA DE LA MAQUINA