anteproyecto tunel californiano
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SEDE CALAMAIng. Mecánica de MantenimientoindustrialRefrigeración y generación de vapor.
ANTEPROYECTO RAPIDO DE TUNEL DE ENFRIAMIENTO TIPOCALIFORNIANO.
Nombre Alumnos: VLADIMIRVALDERRAMA A.RODRIGO LUNA R.MANUEL GOMEZ C.
Nombre Profesor: CARLOS MARTINEZ ORDENES.Fecha: 07 de Dic. 2012.
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INDICE: págs.
1. Objetivos del proyecto....................................................................................3
2. Enfriamiento aire forzado...............................................................................4
3. Túnel californiano...........................................................................................4
4. La uva.............................................................................................................5
5. Pallets.............................................................................................................6
6. Necesidades frigoríficas. ...............................................................................6
7. Layout planta..................................................................................................7
8. Cálculos cargas térmicas................................................................................8
8.1 Cálculos infiltración de calor.........................................................................9
8.2 Carga térmica del producto........................................................................10
8.3 Calor a remover de las cajas.......................................................................11
8.4 Carga térmica por renovación de aire.........................................................12
8.5 Calor aportado por las personas.................................................................14
8.6 Calor liberado por iluminación.....................................................................15
9. Suma de las cargas térmicas........................................................................16
10. Compresor..................................................................................................17
10.1 Datos para la selección del compresor.....................................................17
11. Evaporador..................................................................................................18
11.1 Datos para la selección del evaporador....................................................18
12. Selección del condensador.........................................................................19
13. Válvula de expansión termostática..............................................................20
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1.- OBJETIVO DEL PROYECTO.
El objeto de este proyecto es efectuar el diseño y calculo de una cámara de
refrigeración de túnel de enfriamiento tipo californiano en el cual se realizará el
almacenaje de uva de mesa.
El objetivo del proyecto es dar una solución técnica a los pequeños
agricultores, ubicados en el pueblo de Cerrillos de Rapel, Comuna de Monte
Patria, región de Coquimbo. Los cuales además de cosechar la uva de mesa,
son pequeños exportadores de esta, el problema se genera debido a la
distancia que hay entre el poblado y el puerto de Coquimbo, distante unos 200
Km, donde deben entregar su producto a empresas exportadoras las cuales
cuentan con cámaras de frio para almacenar el producto, hasta que este sea
embarcado hacia su destino.
Además hay ocasiones donde ellos deben devolverse hacia el poblado con su
carga porque las bodegas de almacenaje no dan abasto para recibir la
producción de todos los agricultores del valle, generando pérdidas debido al
transporte y corriendo el riesgo también de perder su producción debido a las
altas temperaturas que hay en la zona, ocasionando ataque susceptible de
microorganismos.
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2.- ENFRIAMIENTO MEDIANTE AIRE FORZADO.
El enfriamiento por aire forzado es un método ampliamente utilizado por la
industria hortofrutícola para bajar la temperatura de frutas y hortalizas cerca de
los 0º C. Este se puede realizar de dos maneras, mediante enfriamiento
individual y Túnel Californiano, siendo este último el más comúnmente utilizado
por las centrales frutícolas exportadoras de uva de mesa.
3.- TÚNEL CALIFORNIANO.
Es el más utilizado de los dos tipos mencionados. En este túnel el aire
atraviesa las filas de pallets por los costados. Para asegurarse de que el aire
no ingrese por la parte superior o por el frente de los pallets los túneles poseen
una lona que cubre por encima las dos filas y el pasillo central y cae por
delante
Como se muestra en la Fig., los pallets de frutas se colocan a ambos lados de
un ventilador de extracción, formando dos filas paralelas y dejando un canal
abierto en el medio de las dos filas. Se pone una lona, cubriendo el canal
central (pasillo) y un ventilador ubicado en el extremo succiona el aire del
canal, generando una presión negativa que obliga al aire frío (de -2 a 0 ºC
aproximadamente) a pasar a través del producto. El aire caliente que es
removido se envía hacia los serpentines del evaporador, es reenfriado y
regresado al cuarto frío.
En la figura se muestra un túnel californiano en el cual se indica el sentido de
flujo.
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2.- ENFRIAMIENTO MEDIANTE AIRE FORZADO.
El enfriamiento por aire forzado es un método ampliamente utilizado por la
industria hortofrutícola para bajar la temperatura de frutas y hortalizas cerca de
los 0º C. Este se puede realizar de dos maneras, mediante enfriamiento
individual y Túnel Californiano, siendo este último el más comúnmente utilizado
por las centrales frutícolas exportadoras de uva de mesa.
3.- TÚNEL CALIFORNIANO.
Es el más utilizado de los dos tipos mencionados. En este túnel el aire
atraviesa las filas de pallets por los costados. Para asegurarse de que el aire
no ingrese por la parte superior o por el frente de los pallets los túneles poseen
una lona que cubre por encima las dos filas y el pasillo central y cae por
delante
Como se muestra en la Fig., los pallets de frutas se colocan a ambos lados de
un ventilador de extracción, formando dos filas paralelas y dejando un canal
abierto en el medio de las dos filas. Se pone una lona, cubriendo el canal
central (pasillo) y un ventilador ubicado en el extremo succiona el aire del
canal, generando una presión negativa que obliga al aire frío (de -2 a 0 ºC
aproximadamente) a pasar a través del producto. El aire caliente que es
removido se envía hacia los serpentines del evaporador, es reenfriado y
regresado al cuarto frío.
En la figura se muestra un túnel californiano en el cual se indica el sentido de
flujo.
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2.- ENFRIAMIENTO MEDIANTE AIRE FORZADO.
El enfriamiento por aire forzado es un método ampliamente utilizado por la
industria hortofrutícola para bajar la temperatura de frutas y hortalizas cerca de
los 0º C. Este se puede realizar de dos maneras, mediante enfriamiento
individual y Túnel Californiano, siendo este último el más comúnmente utilizado
por las centrales frutícolas exportadoras de uva de mesa.
3.- TÚNEL CALIFORNIANO.
Es el más utilizado de los dos tipos mencionados. En este túnel el aire
atraviesa las filas de pallets por los costados. Para asegurarse de que el aire
no ingrese por la parte superior o por el frente de los pallets los túneles poseen
una lona que cubre por encima las dos filas y el pasillo central y cae por
delante
Como se muestra en la Fig., los pallets de frutas se colocan a ambos lados de
un ventilador de extracción, formando dos filas paralelas y dejando un canal
abierto en el medio de las dos filas. Se pone una lona, cubriendo el canal
central (pasillo) y un ventilador ubicado en el extremo succiona el aire del
canal, generando una presión negativa que obliga al aire frío (de -2 a 0 ºC
aproximadamente) a pasar a través del producto. El aire caliente que es
removido se envía hacia los serpentines del evaporador, es reenfriado y
regresado al cuarto frío.
En la figura se muestra un túnel californiano en el cual se indica el sentido de
flujo.
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El proceso consiste en forzar el paso de aire frío por las perforaciones de
ventilación en las cajas de frutas previamente palletizadas, enfriando así el
contenido de estas.
Generalmente se consta de 96 cajas por pallet, las cuales contienen 8,2 Kg de
uva cada una, además cada túnel puede enfriar hasta 24 pallets según su
tamaño, por tanto, la cantidad de uva al interior del túnel será de 18893 Kg de
uva.
4.- LA UVA.
La uva es una fruta con características no climatéricas, es decir no presenta
producción de etileno y cuando se retira la fruta está casi completamente
madura. La uva entonces se encuentra susceptible al ataque de
microorganismos tan pronto como se retira del árbol. Es por esto que es tan
importante que la cadena de frío se lleve a cabo correctamente y sin
interrupciones.
Otros datos de interés para posteriores cálculos son la humedad ideal del aire
de enfriamiento, su tasa de respiración, punto de congelación, calor específico,
conductividad térmica, los cuales se muestran en la siguiente tabla.
PROPIEDADES DE LA UVA
Parámetro Valor Unidad
Humedad ideal aire 90-95 [%]
Tasa de respiración 2,8 [mW/kg]
Punto de congelación -2,1 [ºC]
Calor específico 0,86 [Kcal/Kg °C)
Conductividad 0,548 [W/mºK]
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5.- PALLET.
El pallet utilizado generalmente para la exportación de uva, se compone de 5
cajas de base por 15 de altura (si es formado con las cajas que se ven en la
siguiente sub-sección). Sus dimensiones son de 100x120x195[cm]. La
disposición de las cajas y las dimensiones del pallet se muestra en la figura 2.4.
6.- NECESIDADES FRIGORÍFICAS.
Para la realización del cálculo de necesidades frigoríficas se deben tener en
cuenta los diferentes elementos (tanto características constructivas como
instalaciones y producto) que supongan una modificación de la temperatura de
la nave y el volumen asociado.
Las necesidades frigoríficas requeridas en cada zona son la suma de distintas
aportaciones caloríficas que han de ser compensadas, de forma que una vez
conocidos todos los valores que hacen aumentar la temperatura de la nave
podamos compensarlas aportando el frío necesario.
Dado que para la realización de los cálculos de necesidades térmicas es
necesario utilizar las dimensiones de la nave.
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5.- PALLET.
El pallet utilizado generalmente para la exportación de uva, se compone de 5
cajas de base por 15 de altura (si es formado con las cajas que se ven en la
siguiente sub-sección). Sus dimensiones son de 100x120x195[cm]. La
disposición de las cajas y las dimensiones del pallet se muestra en la figura 2.4.
6.- NECESIDADES FRIGORÍFICAS.
Para la realización del cálculo de necesidades frigoríficas se deben tener en
cuenta los diferentes elementos (tanto características constructivas como
instalaciones y producto) que supongan una modificación de la temperatura de
la nave y el volumen asociado.
Las necesidades frigoríficas requeridas en cada zona son la suma de distintas
aportaciones caloríficas que han de ser compensadas, de forma que una vez
conocidos todos los valores que hacen aumentar la temperatura de la nave
podamos compensarlas aportando el frío necesario.
Dado que para la realización de los cálculos de necesidades térmicas es
necesario utilizar las dimensiones de la nave.
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5.- PALLET.
El pallet utilizado generalmente para la exportación de uva, se compone de 5
cajas de base por 15 de altura (si es formado con las cajas que se ven en la
siguiente sub-sección). Sus dimensiones son de 100x120x195[cm]. La
disposición de las cajas y las dimensiones del pallet se muestra en la figura 2.4.
6.- NECESIDADES FRIGORÍFICAS.
Para la realización del cálculo de necesidades frigoríficas se deben tener en
cuenta los diferentes elementos (tanto características constructivas como
instalaciones y producto) que supongan una modificación de la temperatura de
la nave y el volumen asociado.
Las necesidades frigoríficas requeridas en cada zona son la suma de distintas
aportaciones caloríficas que han de ser compensadas, de forma que una vez
conocidos todos los valores que hacen aumentar la temperatura de la nave
podamos compensarlas aportando el frío necesario.
Dado que para la realización de los cálculos de necesidades térmicas es
necesario utilizar las dimensiones de la nave.
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7. - LAYAOUT PLANTA.
15mt
6mt
15mt.
6mt
4mt
El área total del túnel es 348m².
Volumen es 360m³.
Pallets.
Pallets.
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8.- CALCULOS DE CARGAS TERMICAS.
1. CARGA POR TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE FILTRACIONES:
Transmisión o transferencia de calor a través de los paramentos
exteriores.
2. CARGA DEL PRODUCTO:
Calor contenido en el producto refrigerado y almacenado.
3. CARGA A REMOVER DE LAS CAJAS.
Calor contenido en las cajas de carton, contenedoras de las uvas.
4. CARGA POR RENOVACIÓN DEL AIRE:
Calor asociado al aire que entra en el espacio refrigerado.
5. CARGA DE LAS PERSONAS:
Calor desprendido por las personas que trabajan en el interior de la
cámara frigorífica.
6. CARGA DEL ALUMBRADO:
Calor desprendido por las lámparas en el interior de la cámara.
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8.1-CALCULOS INFILTRACION DE CALOR.
Los datos necesarios para el cálculo filtración de calor, son los siguientes:
ΔT= (0ºC y 32ºC), r
U= 0.10 Kcal/h m² °C.
DATOS:
Q= ¿? Filtración de calor.
Te =32 °C.
Ti = 0 °C.
U = 0,049 Kcal/h m² °C.
S = 348 m².
Tipo de cámara. Coeficiente global de
transferencia U (Kcal/hm²°c)
Grandes cámaras de conservación 0.10
Cámaras ventas al detalle. 0.25
Cámaras de restaurantes, etc. 0.40
tSUQ
Q=0,10Kcal/h m² °C × 348 m² × (32 – 0) °C
Q = 1113.6 Kcal/h.
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8.2- CARGA TERMICA DEL PRODUCTO.
Formula:
Donde:
Q = carga térmica del producto
Ce = calor especifico uva 0, 86 kcal/kg°C
Te = temperatura de entrada 18°C.
Ts = temperatura de salida 4°C.
El tiempo teórico de pre frío es un tiempo ficticio que representa el tiempo de
enfriamiento si la temperatura ente la fruta y el aire se mantuviese constante.
Generalmente se toma un valor entre 6 y 8 horas. Cabe notar que el tiempo
real de enfriamiento es mucho mayor, del orden de 12 horas. Entonces.
Donde:
Peso: Cantidad de uva contenida en el túnel 18893 kg.
Cpf: Calor específico de la uva 0.86 Kcal/kg °c
Te: Temperatura de entrada de la uva 18 °c.
Ts: Temperatura de salida de la uva 4°c
t: Tiempo teórico de enfriamiento 12 h
= × ×
Q= 18893 kg× 0, 86 kcal/kg°C × (18-4) °c
Q= 227471,72 Kcal.
= . – .
Qf =18893 kg x0.86 (kcal/kg°C) x (18- 4) °C / 12 h.
Qf = 1895597.6 kcal/h.
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8.3-CALOR A REMOVER DE LAS CAJAS:
La caja más utilizada para uva es la caja de cartón de 8,2 kilos de capacidad.
Su calor específico es de 0.3200535 Kcal/kg°c. La ecuación que entrega
la potencia retirada de la caja es la siguiente.
.
Luego se multiplica la cantidad de cajas por la masa de cada caja. La masa de
cajas en el túnel es de 96cajas x (0,5[Kg] cada una), lo cual entrega una masa
de 48 kg. Por pallets. Total de cajas es de 2304 cajas dentro del túnel,
La masa total de las cajas es de 1152 kg.
=( − )
Donde:
Mf= Flujo másico de cajas 1152 kg.
Cp.Cajas:= Calor específico 0.3200535 Kcal/kg°c.
Te= Temperatura de entrada de la caja 18°c.
Ts= Temperatura de salida de la caja 4°c.
t= tiempo 12 h.
=1152 0.3200535 ° (18 − 4)°
12.
= , /
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8.4- CARGA TÉRMICA POR RENOVACIÓN DE AIRE.
Cada vez que la cámara se abre el aire exterior penetra en la zona de
refrigeración. La temperatura y humedad relativa de este aire cálido deben ser
integradas en las condiciones interiores, con el subsiguiente incremento de la
carga. Es difícil determinar éste con cierto grado de exactitud.
El calor por renovación de aire se calculará aplicando la fórmula:
=1
( − )
Donde:
Q = Calor por renovaciones de aire Kcal/día
V = Volumen de la cámara en m3
ρ = Densidad del aire en Kg/m3
Cp= calor especifico del producto Kcal/Kg °C.
ΔT = Diferencias de temperaturas exterior e interior. °C
Valores densidad del aire del ambiente.
AltitudMt.
Mínimo(kg/m3)
Promedio(kg/m3 )
Máximo(kg/m3)
0 1.1405 1.2254 1.3167
305 1.1101 1.1886 1.2735
610 1.0812 1.1533 1.2302
914 1.0524 1.1197 1.2222
1000 1.0444 1.1101 1.1902
1219 1.0252 1.0861 1.1501
1524 0.9996 1.0556 1.1133
1829 0.9739 1.0236 1.0764
2000 0.9595 1.0076 1.0572
2134 0.9483 0.9931 1.0412
2438 0.9243 0.9643 1.0060
2743 0.8986 0.9355 0.9723
3000 0.8794 0.9115 0.9467
3048 0.8762 0.9082 0.9419
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Calculo:
Datos:
V= 360
ρ= 1.1197 kg/m³. Densidad del aire en Ovalle.
Cp. =0.86 Kcal/kg°c
Tex= 32 °c
Tin= 0°c
= 360 1.11971
0.86°
(32 − 0)°
=
RENOVACIONES DE AIRE EN 24 HORAS
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Calculo:
Datos:
V= 360
ρ= 1.1197 kg/m³. Densidad del aire en Ovalle.
Cp. =0.86 Kcal/kg°c
Tex= 32 °c
Tin= 0°c
= 360 1.11971
0.86°
(32 − 0)°
=
RENOVACIONES DE AIRE EN 24 HORAS
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Calculo:
Datos:
V= 360
ρ= 1.1197 kg/m³. Densidad del aire en Ovalle.
Cp. =0.86 Kcal/kg°c
Tex= 32 °c
Tin= 0°c
= 360 1.11971
0.86°
(32 − 0)°
=
RENOVACIONES DE AIRE EN 24 HORAS
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8.5-CALOR APORTADO POR LAS PERSONAS.
El personal que almacena o manipula productos en una cámara frigorífica
aporta calor, sobre todo si realiza un trabajo intenso.
Las personas desprenden calor en distintas proporciones, dependiendo de la
temperatura, tipo de trabajo, vestido, corpulencia, etc. dado el grado de
aleatoriedad de esta variable suele tomarse como calor desprendido por
persona el de 150Kcal/h.
FORMULA:
=× ×24
q = calor emitido por persona (KW).
n = es el número de personas.
T = tiempo de permanencia en horas/día.
El calor emitido por persona aumenta a medida que disminuye la temperatura,
como se puede apreciar en la tabla siguiente:
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8.5-CALOR APORTADO POR LAS PERSONAS.
El personal que almacena o manipula productos en una cámara frigorífica
aporta calor, sobre todo si realiza un trabajo intenso.
Las personas desprenden calor en distintas proporciones, dependiendo de la
temperatura, tipo de trabajo, vestido, corpulencia, etc. dado el grado de
aleatoriedad de esta variable suele tomarse como calor desprendido por
persona el de 150Kcal/h.
FORMULA:
=× ×24
q = calor emitido por persona (KW).
n = es el número de personas.
T = tiempo de permanencia en horas/día.
El calor emitido por persona aumenta a medida que disminuye la temperatura,
como se puede apreciar en la tabla siguiente:
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8.5-CALOR APORTADO POR LAS PERSONAS.
El personal que almacena o manipula productos en una cámara frigorífica
aporta calor, sobre todo si realiza un trabajo intenso.
Las personas desprenden calor en distintas proporciones, dependiendo de la
temperatura, tipo de trabajo, vestido, corpulencia, etc. dado el grado de
aleatoriedad de esta variable suele tomarse como calor desprendido por
persona el de 150Kcal/h.
FORMULA:
=× ×24
q = calor emitido por persona (KW).
n = es el número de personas.
T = tiempo de permanencia en horas/día.
El calor emitido por persona aumenta a medida que disminuye la temperatura,
como se puede apreciar en la tabla siguiente:
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CALCULOS:
Qp= × ×
Datos: Qp=× ×
n°= 2 personas . =
q = 150 Kcal/h.
t = 8 h.
8.6-CALOR LIBERADO POR LA ILUMINACIÓN.
La potencia de iluminación del túnel californiano teóricamente se tomara como
2000 W, la que nos servirá para calcular las pérdidas de calor por iluminación.
Conversión.
1 w = 0.86 Kcal /h.
= 0.86
p = potencia w. 2000 w
24= tiempo de funcionamiento de la iluminación en horas.
CÁLCULOS:
= 2000 0.86
=
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9.-SUMA DE LAS CARGAS TERMICAS.
La carga térmica total del túnel de refrigeración tipo californiano debe ser lasumatoria de todas las cargas térmicas calculadas.
Calculo:
Q total =Q ilum + Q p +Q aire +Q c +Q f + Q .
Q total=1910054,352 Kcal/h.
TIPOS DE CARGAS. ABREVIACION KCAL/H.Calor de iluminación. Q ilum. 1720Calor por persona. Q p. 100Calor renovación de aire Q aire. 11093Calor cajas. Q c. 430,152Calor del producto. Q f. 1895597.6Calor de infiltración. Q 1113,6
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10.-COMPRESOR.El compresor es el elemento activo del circuito de refrigeración. Cumple dos
funciones: reducir la presión en el evaporador hasta que el líquido refrigerante
evapora a la temperatura fijada, y mantiene esta presión retirando los vapores y
elevando la temperatura del medio condensado.
Por lo tanto, el trabajo del compresor consiste en aspirar los vapores del fluido
refrigerante, comprimirlos y descargarlos en el condensador.
Los tipos de compresores más utilizados e refrigeración son:
Alternativos.
De tornillo o helicoidales.
Rotativos.
Centrífugos.
10.1-DATOS PARA LA SELECCIÓN DEL COMPRESOR.En la siguiente tabla se muestran los datos utilizados para la selección del
compresor, que han sido introducidos en la aplicación informática de la casa
Bitzer.
Fluid frigoríficos. R-22
Potencia frigorífica. 66 Kw
Características Eléctricas 380V – 50Hz – 3 fases
Tipo de compresor Semihermético
Marca Bitzer.
Temperatura de evaporación -24ºC
Temperatura de condensación. 50ºC
Recalentamiento aspiración. 5ºC
Economizador. Si
Velocidad de giro. 2.900 rpm
Temperatura descarga. 80ºC
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11.-EVAPORADOR.
Un evaporador es un intercambiador de calor que tiene la capacidad necesaria
para conseguir la temperatura deseada en el recinto a enfriar. La misión
principal del evaporador es asegurar la transmisión de calor desde el medio
que se enfría hasta el fluido frigorífero. El refrigerante líquido, para evaporarse,
necesita absorber calor y, por lo tanto, produce frío.
11.1-DATOS PARA LA SELECCIÓN DEL EVAPORADOR.
En la siguiente tabla se muestran los datos utilizados para la selección del
evaporador.
Tipo de evaporador. Expansión directa.
Fluido frigorífico. R-22
Potencia frigorífica. 33 Kw
Temperatura de evaporación -24ºC
Temperatura entrada del aire -18ºC
Humedad relativa del aire deentrada.
70%
Sistema de descarche. Eléctrico.
Caudal 5.1 m³/h
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12.-SELECCIÓN DEL CONDENSADOR.
El sistema utilizado para la condensación del fluido refrigerante es con aire
como medio de extracción, por las ventajas que presenta respecto el otro
sistema.
En la siguiente tabla se muestran los datos utilizados para la selección del
condensador.
Tipo condensador. Refrigerado por aire.
Fluido frigorífico. R-22
Potencia de condensación 105 Kw
Temperatura de condensación. 50ºC
Temperatura entrada del aire 38ºC
Humedad relativa del aire entrada 67%
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13.-VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA.
A la entrada de la válvula, el fluido debe estar en estado líquido 100% a la
temperatura de condensación. Después de la expansión estará en mezcla de
líquido vapor, pero la proporción de líquido debe de ser mayor para obtener un
buen rendimiento.
SELECCIÓN VÁLVULA TERMOSTÁTICA.
Refrigerante. R-22
Temp. Evaporación. 5 a -40 °C.
Caída de presión 300 a 0,75 psi.
Conexión entrada 3/8 Pulg.
Conexión salida. ½ Pulg.
Capacidad. 2 a 8 ton.
Largo tubo capilar. 76 cm.