LLAMOCCABELTRAN, Yuri I DISEÑO DE EQUIPOS PARA LA PRODUCCION DE PATATAS PELADAS. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS TRABAJO SEMESTRAL “DISEÑO DE UNA MARMITA, CAMARA DE REFRIGERACION Y CALDERO PARA LA PRODUCCION DE PATATAS PELADAS” ASIGNATURA : Diseño de equipos y maquinas alimentarias DOCENTE : ing. Héctor Suarez Acosta ALUMNO : LLAMOCCA BELTRÁN, Yuri Iván AYACUCHO – PERÚ DICIEMBRE – 2015 1 INTRODUCCION En los últimos años el mundo ha iniciado una era de rápidos cambios y transformaciones que se han caracterizado por los progresos tecnológicos, industriales y socioeconómicos; estos avances han traído consigo el aparecimiento de nuevas áreas de aplicación dentro del campo de la ingeniería, que es usada en áreas como la alimenticia dentro de la cual se halla la de comida rápida, en la fabricación de máquinas automáticas, semiautomáticas que realizan ciertas tareas difíciles para el hombre, tomando en cuenta tanto las propiedades de los materiales como la asepsia en la preparación de sus productos. El sector alimenticio no ha quedado excluido de este avance tecnológico, es por ello que la gran mayoría de sus procesos están mecanizados o automatizados. Todo esto se ha logrado debido a que estas empresas han visto en ello una forma de mejorar y satisfacer los requerimientos de los consumidores, como es la higiene del producto debido a que el hombre no tiene contacto directo con el producto evitando así su contaminación. Es por ello en este trabajo semestral se realizar el diseño de equipos ,para la producción de papas peladas en la región Ayacucho, como el pelado de papa con pelado químico, que usa la marmita, caldero y para su conservación usa la cámara de refrigeración . OBJETIVOS DEL TRABAJO 1 GENERAL Diseñar una marmita, cámara de refrigeración y caldero para la producción de papas peladas y cortados. ESPECÍFICOS: Elaborar el diagrama de flujo del proceso de producción de papas peladas y cortados. Realizar el balance de materia y energía en los equipos que se usa en proceso. Desarrollar los diseños de los equipos de transferencia de calor como marmita, cámara de refrigeración y caldero. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. PROBLEMA El problema que da origen el presente trabajo es la interrogante de conocer y diseñar equipos que pueden facilitar el proceso de producción de papas peladas y cortados en la región Ayacucho. Y así disminuir el tiempo de producción de papas peladas. Donde la interrogante que dio origen fue: 2 Se determina la temperatura. porcentaje de vapor. Asimismo busca reducir el tiempo empleado en la preparación de alimentos en restaurantes y comidas rápidas en la región.1. líquido y sólido y necesidades de cantidades de calor. mediante la creación de un mecanismo para pelar papas. DISEÑO DE PROCESOS. entre estos se puede considerar las propiedades físicas-químicas de la materia prima . el cual traerá consigo muchos beneficios tanto a la empresa como para consumidor. 3 . se incluyen los valores de las entalpías de las corrientes. 2. con lo cual intentan mejorar la calidad del producto a través de la utilización de un mecanismo de pelado de papas. ecuaciones de diseño y procedimientos de cálculos. asimismo saber los parámetros que se necesitan para diseño de cada equipo. El siguiente paso consiste en elaborar el diagrama de flujo del proceso el cual debe contener los procesos que intervienen y las operaciones unitarias requeridas. Este trabajo es el resultado de la necesidad de crear un negocio venta de papas pelados y cortados en Ayacucho.¿Existe algún mecanismo de pelado de papas que disminuye el tiempo producción de papas peladas y cortadas? Planteado el problema se definió las interrogantes secundarias: ¿Existe algún tipo de mecanismo de pelado para papas? ¿Con la implementación de un mecanismo de pelado de papas se disminuirá el tiempo de pelado? FUNDAMENTO TEÓRICO: El primer paso en la formulación del diseño consiste en establecer las bases del diseño. mediante la aplicación de la ingeniería. Los conocimientos adquiridos en la presente investigación permitirán que otras personas desarrollen otros proyectos relacionados con este que ayuden al crecimiento de la industria alimenticia. presión y composición de todas las corrientes que intervienen en el proceso. y por qué no de minimizar los esfuerzos que se realizan en esta actividad mediante métodos tradicionales. Para el diseño de los diversos equipos se utilizará las leyes y principios de las operaciones unitarias. contribuyendo de esta forma a disminuir la demanda de recursos económicos. Un balance de masa y energía completo es importante y necesario. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE DISEÑO La presente trabajo es factible de realizar debido a que esta se encamina a contribuir con una solución a los problemas en el sistema de pelado de papas debido a la técnica usada hasta ahora. La investigación tiene un interés personal al colaborar con la empresa para diseñar un mecanismo que permita la disminución del tiempo usado en la preparación de papas fritas causada por un inadecuado sistema de pelado de papas. tipo baño continuo. d) Otros métodos de pelado. b) Pelado usando abrasivo.3. a) Pelado usando calor. Generalmente las plantas grandes. edad y condiciones de almacenamiento del tubérculo y el destino de las papas. Como adición del uso comercial al proceso de pelado va de acuerdo con el número de técnicas utilizadas.2 PELADO.. Las concentraciones usadas varían generalmente de 5% a 20% de hidróxido de sodio (NaoH) la temperatura del baño varía de 76 a 98º C (170 – 210º F) y el tiempo de inmersión varía de 1 a 6 minutos. LA PAPA O PATATA (Solanum tuberosum) es una planta perteneciente a la familia de las solanáceas originaria de Sudamérica y cultivada por todo el mundo por sus tubérculos comestibles. El pelado con soda en las papas combinado con el efecto de ataque químico y la acción del calor hacen remover las cáscaras y los ojos de las papas. Es la eliminación de cascara o piel de los tubérculos. El calor usado en algunos procesos de pelado causa el cocimiento parcial de la superficie de la papa. para luego pasar a una maquinaria que trabaja con dedos de jebe y presión de agua los que se encargan de limpiar finalmente. es un equipo diseñado teóricamente para realizar un contacto uniforme con la superficie de la papa pudiendo ser pelada con discos o platos abrasivos para remover la cáscara con una pequeña rotación. c) Pelado usando soda cáustica. En cerca de las áreas de cultivo. tal como el ácido cítrico con el objeto de neutralizar la acción residual de la soda en la superficie. Después de lavadas la papas pueden sumergirse o ser rociadas con solución diluida de ácido. Puede producir la gelatinización del almidón cuando el calentamiento está alrededor de 70º C (160º F) este cocimiento de la superficie produce un calor oscuro y tiene una apariencia translucida En algunos procesamientos de productos el uso del calor directo es inaceptable. Las grandes plantas están siempre equipadas con líneas de peladores continuas para un rápido procesamiento. de sustancias químicas y por la acción abrasiva. y las papas pueden ser peladas por el uso del calor. 3. con lo cual se logra un fácil suministro de la materia prima.1. Su consumo fue creciendo y su cultivo se expandió a todo el mundo hasta convertirse hoy día en uno de los principales alimentos para el ser humano. El pelado abrasivo. 3.4. El tipo de pelado a escoger depende del tipo variedad del producto y del tamaño de la planta de procesamiento. CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO. Las condiciones del proceso varían dependiendo de las variedades de la papa. 4 . magnesio. se acumula. sodio. se ha establecido un promedio de un ojo por centímetro de longitud. este es de importancia para la planta. que aunque no supera a la proteína presente en las carnes. etc 5 . pues es aquí donde el 75-85% del total de la materia seca producida. piridoxina(B6) riboflabina (B2). organolépticas. El tubérculo posee ojos. Esto indica que el tubérculo continúa su crecimiento e incorpora nuevos entrenudos durante un cierto periodo de desarrollo. como el color y tamaño de la materia prima. También es fuente de vitaminas. Así mismo se almacenara en ambiente refrigerado y húmedo Selección: Consiste en la eliminación de papas que no cumplen con la característica. zinc. La fibra se encuentra principalmente en las paredes del tubérculo. arroz y trigo. fósforo. que se encuentra en un rango de 20-50mg/100g de peso fresco. especialmente en vitamina C. tiamina (B1). entre otros. Recepción y almacenamiento: Las papas que serán decepcionadas serán analizadas las propiedades físicas.La parte comestible de la papa es el tubérculo. ácido fólico. sin embargo. DESCRIPCIÓN DE PROCEDIMIENTO. como putrefacción. potasio. en menor cantidad. y trazas de vitamina E y vitamina A Es también fuente de hierro. Le siguen los carbohidratos que constituyen el 16% entre los que hay que destacar el grupo de los almidones. Valor nutricional de la papa Dentro de los componentes nutritivos el que se encuentra en mayoría es el agua que constituye en torno al 80% del total. si lo hace en verduras. calcio. gusanados. tubérculos. Las proteínas constituyen el 2% siendo casi exclusivamente globulina.1% . 3.5. El contenido de lípidos es muy bajo siendo aproximadamente el 0. También se encuentran. y se realizará mediante el método de pelado químico con soda caustica. Envasado. el cual es un módulo de rodillos provisto escobillas y dientes. de esta manera se evita la oxidación y putrefacción del alimento a conservar. a los productos que salen de la marmita. Recepción y Almacenamiento de Materia Prima control de las condiciones físico químicas control higiénica de cámara de almacenamiento. y la proporción de agua y papa será de 1 a 1. Selección y clasificación 6 .Lavado: Es un operación que tiene como objetivo eliminar la tierra y residuos que traiga consigo la papa. control organoléptico. bastones. Y se realizara con un picadora de tubérculos el cual es apropiado para obtener picado al hilo. de tal forma se obtenga el tamaño adecuado para reducir el tiempo de cocción. Es una técnica de conservación de los alimentos que hayan sido tratados térmicamente o se encuentra estado natural. que consiste en la eliminación o extracciones de oxigeno del recipiente que contiene el producto. T°. humedad. Almacenamiento. se realiza en un maquina lavadora de papa. Enjuagado: Consiste en pasar agua a chorro frio. en una ollas o marmitas y que el calor será provisto por un caldero. Se almacenara en refrigeración a temperaturas de 1 a 5°C 3.6. Esto es opcional. Cortado: Es una operación que consiste en la reducción de tamaño de la papa. Pelado: Esta operación consiste en la eliminación de la cascara de papa. DIAGRAMA DE PROCESO DE LA ELABORACIÓN DE SU PRODUCTO. con la finalidad de eliminar las cascaras con mayor facilidad. Control de procedencia de agua.Lavado Pelado Enjuagado Cortado Envasado Almacenamiento LAVADOR DE PAPA. Las maquinas que se usan son: la marmita Caldera Cámara de refrigeración : para el pelado químico : para la producción de vapor : para la conservación de los productos 7 . control visual. fisico y quimico. Control de parámetros de equipos. control higiénico-sanitario de equipos. Proliferación microbiana por humedad residual tras lavado MARMITA Y CALDERO Control de parámetros de sistema de pelado. ENVASADOR AL VACIO CAMARA DE REFRIGERACION MÁQUINAS PARA LA PRODUCCIÓN DE PAPAS PELADAS Y CORTADAS. Control visual y física. CORTADOR DE PAPA. en cuyo caso el vapor es suministrado por una caldera. una que consiste en hacer circular el vapora cierta presión por la cámara de calefacción. Usualmente la marmita tiene forma semiesférica y puede estar provista de agitador mecánico y un sistema de volteo para facilitar la salida del producto. Se pueden encontrar dos tipos de marmitas según sea abierta o cerrada. FUNCION Transferir calor a los alimentos Realizar procesos de choques térmicos Evitar que los alimentos se adhieran a sus paredes CAPACIDAD: 50 -500 Lt MATERIALES DE FRABRCACION Barro Hierro Colado Acero inoxidable Aluminio o Cobre estañado. en especial para el procesamiento de frutas y hortalizas. Esta es denominada marmita de vapor. mientras que en la cerrada se emplea vacío. MARMITA. TIPO DE MARMITA DISEÑAR MARMITA A VAPOR Descripción del equipo Es un sistema de calentamiento indirecto muy utilizado en la industria alimentaria. En la abierta el producto es calentado a presión atmosférica. Esta es la denominada marmita eléctrica. DEFINICION: Recipiente cilíndrico con asas laterales provista de una tapa y cuya altura es más o menos igual a su diámetro. El uso de vacío facilita la extracción de aire del producto por procesar y permite hervirlo a temperaturas menores que las requeridas a presión atmosférica. que rodea el recipiente donde se coloca el material que se desea calentar.A. Consiste básicamente en una cámara de calentamiento conocida como camisa o chaqueta de vapor. Otra manera es calentar el agua que se encuentra en la cámara de calefacción por medio de resistencias eléctricas. lo que evita o reduce la degradación de aquellos componentes del 8 . El calentamiento de puede realizar de dos formas diferentes. Condiciones de operación Las marmitas de vapor necesitan de una caldera como fuente de vapor. ii. el sistema de agitación y la tapadera deben ser construidos en acero inoxidable. Una marmita de vapor con agitador y una capacidad de 200 litros pueden costar alrededor de US$ 4000. Aspectos económicos. Dimensiones Las dimensiones están determinadas por la capacidad del equipo. Experiencias existentes En varios países de América Latina existen talleres de metalmecánica que fabrican marmitas eléctricas y de vapor para distintas aplicaciones de la industria alimentaria. Esquema del equipo 9 . de lo contrario un aumento descontrolado de la presión puede hacer estallar la marmita. así como el tubo de descarga. Costo del equipo depende de la capacidad y materiales utilizados. Vida útil: La carcasa puede durar veinte años o más. El producto a calentar o mezclar se debe remover en forma manual o con un agitador incorporado para que el producto no se pegue. así como la tubería para vapor se puede construir en materiales metálicos más económicos. Las más pequeñas tienen una capacidad de 60 litros y luego las hay de 400 litros y más. i. ii. con lo que se obtienen productos de mejor calidad. que por lo general se expresa en litros. Mantenimiento Se debe chequear constantemente la válvula de seguridad para cerciorarse que funciona bien. favoreciendo la conservación de las características organolépticas y el valor nutritivo de la materia prima. La base que sostiene la semiesfera. Características de construcción i.alimento que son sensibles al calor. Materiales La sección interna de la marmita. Se deben cambiar las válvulas y la tubería de vapor. B. a) Refrigeración por compresión mecánica. En la actualidad el frío se produce principalmente mediante sistemas de refrigeración por Compresión mecánica. Refrigeración para CONGELACIÓN. a una temperatura de ebullición muy baja y con una entalpía o calor latente de vaporización alto. principalmente: Refrigeración para CONSERVACIÓN. etc. será necesario conocer sus propiedades termodinámicas y habrá que disponer de tablas o diagramas similares a los 10 . REFRIGERACIÓN: Producción o mantenimiento en un medio de una temperatura inferior a la temperatura ambiente. de las temperaturas de trabajo previstas. de su posible influencia en el medio ambiente. de forma que el calor se transmite desde la cámara de refrigeración hasta una zona en la que pueda eliminarse más fácilmente. La transferencia de calor se realiza mediante un fluido “refrigerante” que cambia de estado. MÉTODOS DE REFRIGERACIÓN.Figura 01: esquema de un marmita. El sistema de refrigeración se denomina entonces como sistema de compresión de vapor Existe una amplia gama de refrigerantes comerciales que pueden utilizarse en los sistemas de compresión de vapor. CÁMARA DE REFRIGERACIÓN. La elección de uno de ellos dependerá de sus características. En cualquier caso. de líquido a vapor. Refrigeración para CLIMATIZACIÓN. Aplicaciones La refrigeración puede utilizarse para tres fines. Una vez que el refrigerante está en estado de vapor se comprime mecánicamente (aumentando su presión) de forma que vuelve al estado líquido y vuelve a utilizarse cíclicamente. Se establece así un ciclo termodinámico cuyo límite teórico sería el ciclo de Carnot. etc. (HFC) e hidroclorofluorocarbonos (HCFC). y se denominan como R-12. 11 . noentraremos en el estudio de los refrigerantes ni de los sistemas de refrigeración. Figura 02: esquemas de método de Refrigeración por compresión mecánica. el Amoníaco y los clorofluorocarbonos (CFC). En este tema. sin embargo. Algunos de éstos refrigerantes son el Freón.utilizados en el caso del agua. R-717. actualmente sustituidos por los hidrofluorocarbonos. así como del material aislante elegido. Determinación del espesor de aislamiento necesario. El volumen que debe tener un almacén o cámara frigorífica dependerá de la cantidad y del tipo de producto que debe conservarse. el espacio podrá dividirse en varias cámaras independientes. CÁLCULO DE CÁMARAS FRIGORÍFICAS. Además de los cálculos puramente constructivos. Cálculo de las necesidades frigoríficas. según sean las pérdidas y ganancias (cargas) de calor. 12 . Las cifras dadas se refieren al volumen total de la cámara e incluyen pasillos y otros espacios libres habituales. Materiales aislantes. A. en función de las temperaturas externa e interna. el proyecto de una cámara o un almacén frigorífico requiere: Cálculo de las dimensiones en función de la capacidad de almacenamiento previsto y del tipo de producto a conservar. Dimensiones. Si es necesario. Una vez obtenido el volumen. se pueden proyectar cámaras distintas con las que alcanzar dicho espacio de la forma que sea más conveniente para el funcionamiento del almacén.Figura 03: componentes de cámara de refrigeración. Elección del equipo más adecuado. para aplicaciones desde 0 ºC hasta 650 ºC. según el material. fibra de vidrio. expandido ( k = 0´036 W/(m ºC) ) o en tableros (k =0´042 W/(m ºC)). Tiene una buena resistencia mecánica. en forma de fieltros o mantas MlF-s semirrígidos. la norma indica que “el uso de material aislante a granel. se conserva bien durante largo tiempo. hasta 800 °C (silicato cálcico). de 40 a 100 °C (perlita. Es el material más tradicional ya que. limitando considerablemente la entrada de calor y reduciendo los costes de instalación y funcionamiento de las mismas. los distintos materiales aislantes se subdividen en las siguientes clases: MIF = Materiales Inorgánicos Fibrosos (lana de roca. amianto). MIG = Materiales Inorgánicos Granulares (perlita. 13 . Por otra parte. poliestireno. cobre). espumas elastoméricas y fenólicas). silicato cálcico). vermiculita) MlG-a para aplicaciones de alta temperatura. en forma de planchas MlF-r rígidos.Los materiales aislantes utilizados en la industria frigorífica suelen estar constituidos por multitud de celdillas o células que contienen en su interior aire u otros gases en reposo. En particular. en forma de planchas o coquillas MIC = Materiales Inorgánicos Celulares (vidrio celular).50 °C hasta 100 °C. Según la norma. estará limitados a casos específicos. algunos de los materiales aislantes que se utilizan generalmente en el aislamiento térmico de cámaras frigoríficas son los siguientes: a) Corcho. poliuretano. MlG-b para aplicaciones de baja temperatura. que deberán estar expresamente autorizados”. acero. siendo adecuado para el aislamiento de suelos de cámaras frigoríficas. MlF-f flexibles. MOC = Materiales Orgánicos Celulares (corcho. bien sea en aglomerado (k = 0´039 W/(m ºC)). en planchas rígidas. para aplicaciones desde . para aplicaciones desde . vermiculita. MRL = Materiales Reflectantes en Láminas enrollables (aluminio. dando lugar a una conductividad térmica muy pequeña. si se instala adecuadamente. en forma de borra o burletes. La utilización de estos materiales es esencial en las instalaciones frigoríficas.50 °C hasta 100 °C. 120 o 140 mm. por ejemplo. el espesor del aislante vendrá dado por el flujo de calor que exista. si la cámara se aísla deficientemente será necesario invertir en mejores equipos frigoríficos y aumentarán los gastos energéticos.b) Poliestireno expandido (k = 0´03 a 0´057 W/(m ºC)). se suele estimar que el flujo de calor 14 . establecer un cierto equilibrio entre ambos extremos. Este último método ha sido muy utilizado. suele recomendarse que el aislamiento se realice en dos capas al menos. d) Espuma sólida de vidrio (foamglas) o vidrio celular ( k = 0´044 W/(m ºC)). Suele aplicarse únicamente en el intervalo de temperaturas entre –30 ºC y 70 ºC. ya que la expansión puede realizarse en el interior del molde que se desea aislar. En realidad. Por el contrario. debido a su baja resistencia mecánica. por tanto. En la actualidad. si se aísla en exceso los equipos de refrigeración y el consumo serán menores. pero aumentará el coste del aislamiento. cuya aplicación se limita a temperaturas superiores a 0 ºC. por la superficie a aislar. lana de vidrio o lana mineral. El cálculo del espesor que tiene que tener la capa de aislante tiene una cierta importancia práctica. en tuberías de vapor. En la práctica no suele conocerse el flujo de calor. Así.2). Es necesario. por ejemplo. Puede obtenerse como espuma rígida (poliuretano conformado) o aplicarse en el momento (poliuretano aplicado in situ). por ello se recurre a ciertas reglas o normas prácticas. siendo los de 120 mm los más comunes. por lo que no puede utilizarse en túneles de congelación con temperaturas muy bajas ni.60 m con espesores de 60. Se distinguen hasta seis tipos.20 x 0. pudiendo ser utilizado en suelos y superficies cargadas. Este cálculo puede realizarse siempre que se conozcan todos los datos y suponiendo que el aislamiento se realice mediante una única capa de aislante. los paneles prefabricados resultan más baratos y requieren menos mano de obra a la hora de colocarlos. Material sintético económico y de fácil manejo. y por el tipo de aislante seleccionado. En principio. más económico y de montaje más simple. por la diferencia de temperaturas externa e interna. dependiendo de su densidad (desde semirrígidos hasta rígidos). No debe utilizarse en el aislamiento de suelos. es uno de los más utilizados en instalaciones frigoríficas. Material sintético más moderno. Si no se especifica el tipo. Se suelen presentar en paneles de 1. Así. Se presenta en bloques rígidos que permiten su utilización como elementos resistentes y de cerramiento. c) Espuma de poliuretano (k = 0´023 W/(m ºC) para la mayoría de los tipos). Esto abarata la obra civil de la cámara. se toma un valor medio de conductividad de 0´035 W/(m ºC) . con conductividades entre 0´033 W/(m ºC) y 0´044 W/(m ºC) (tabla 4. e) Fibra de vidrio. ya que sustituye a los materiales tradicionales más su correspondiente aislamiento. Espesor de aislamiento. la superficie de cada pared. como ya se dijo. el espesor del aislante en cada pared y el tiempo (generalmente se toma como base un día. CÁLCULO DE CARGAS EN REFRIGERACIÓN Se denomina carga de enfriamiento o de refrigeración a la velocidad con la que es preciso retirar calor desde un recinto para bajar su temperatura hasta un valor deseado Dicha velocidad tendrá unidades de energía por unidad de tiempo. pudiendo así establecer cuál será el equipo frigorífico más adecuado para compensar dichas ganancias de calor (pérdidas frigoríficas). Será necesario conocer la diferencia de temperaturas. En su cálculo suele despreciarse la contribución por convección a ambos lados. el espesor o la diferencia detemperaturas puede 15 . Se utiliza entonces directamente la expresión para la transmisión del calor: Qt = k (A/d) ΔT Donde.por unidad de superficie para un aislamiento de corcho en cámaras frigoríficas que deben ser mantenidas a 0 ºC se sitúa entre 8 kcal/(h m2) y 12 kcal/(h m2). y suele expresarse en: kW. es decir. Evidentemente dicha carga puede ser variable a lo largo del tiempo. También es frecuente denominar “frigoría” a la kilocaloría cuando el calor es extraído. Se incluyen aquí las pérdidas frigoríficas. B. etc. Precisamente. Según sea el material o materiales aislantes. kcal/h. Este cálculo debe realizarse para cada pared. por ello se suele realizar una estimación de las necesidades máximas. 24 horas). kcal/día. el punto de partida para el diseño de cámaras frigoríficas es evaluar sus necesidades o “cargas” de refrigeración. las pérdidas de calor. a) Pérdidas por transmisión. que se producen por transmisión a través de las paredes de la cámara. ya que la superficie. Transmisión de calor. es decir. puede calcularse la transmisión de calor entre el exterior y el interior de la cámara. así como el aislamiento producido por los materiales de construcción externos a la cámara. se desprecian las contribuciones por convección y las contribuciones del material deconstrucción. a partir de la expresión ya conocida: Q= Q/t = U A ΔT Donde: U es el coeficiente global de transmisión. La aportación de ambos al valor de U es pequeña y además la simplificación realizada permite realizar los cálculos con mayor margen de seguridad ya que suponemos una transmisión de calor mayor que la real. kJ/día. La pérdida total por transmisión será la suma de la pérdida a través de cada pared. fusión o solidificación (J/kg) cp = Calor específico del producto (J/(kg ºC)) cc = Calor específico del producto congelado. b) Enfriamiento y/o congelación de productos. El enfriamiento del producto suele ser la mayor de las cargas de refrigeración. como las cámaras de pre enfriamiento de centrales hortofrutícolas. en la cantidad máxima de producto que la cámara recibirá al cabo del día. Temperatura a la que hay que enfriar el producto. En algunos casos esta cantidad será muy inferior a la capacidad máxima de la cámara. de enfriamiento y. en caso necesario. ya que es el objetivo final del proceso. T2 = Temperatura de conservación. Cantidad de producto que hay que enfriar en dicho plazo. especialmente productos hortofrutícolas. Si denominamos Qr a ésta cantidad. ambas cantidades coinciden. es decir. Los dos primeros factores se suelen reunir en el concepto de “recepción máxima diaria”. Este calor se denomina calor de respiración. Sólo enfriamiento: Enfriamiento y congelación: T2) •Qe = Md cp (T1 – T2) •Qe = Md cp (T1 – Tc) + Md Ls + Md cc (Tc – Donde: . Para estimar esta carga hay que tener en cuenta: Plazo de tiempo del que se dispone para el enfriamiento y/o congelación. Recipiente en el que se almacena el producto. mientras que en otros. Md.ser diferente. el calor por necesidades de conservación por día será: 16 . c) Conservación de productos. Tc = Temperatura de congelación del producto Ls = Calor latente de congelación. Algunos productos refrigerados. de congelación del producto. así como su calor específico. Para calcular la cantidad de calor que debe extraerse de la cámara debemos conocer las temperaturas de entrada. y debe ser extraído de la cámara para evitar aumentos de temperatura.Qe = Carga de enfriamiento (J/día) Md = Recepción máxima diaria (kg/día) T1 = Temperatura de entrada. continúan desprendiendo cierta cantidad de calor una vez que han alcanzado su temperatura de conservación. Ya que la condensación del agua se produce en los evaporadores. ma = V/v* = Volumen interno de la cámara.Qa = n ma Δh* Siendo: n Ma V v* Δh* = Número de renovaciones de aire al día. será necesario descongelarlos periódicamente utilizando resistencias eléctricas. o no. ya que inicialmente no se conoce cuál equipo se va a instalar. así como la utilización del diagrama psicrométrico. de entre 10 y 50 kcal/m3 al 17 . = Diferencia de entalpías entre el aire externo y el interno. La expresión a utilizar será. Por ejemplo. quesos en maduración y huevos el número de renovaciones será de 2 a 4 cada día..Qr = Mt qr Donde: Mt será la cantidad de producto total que se encuentra almacenado. qv . aunque dependerá del tipo de producto almacenado y de si se realiza. mientras que la condensación del agua aporta un cierto calor latente. En el caso de centrales hortofrutícolas el número puede ser menor. Los ventiladores situados en los evaporadores generan una cierta cantidad de calor durante su funcionamiento. Ambas contribuciones se encuentran reunidas en la definición de entalpía del aire. cortinas de agua o invirtiendo el sentido de circulación del gas refrigerante. El aire que entra en la cámara se enfría y se seca. = Volumen específico del aire que entra. En el enfriamiento intervendrá la diferencia de temperaturas entre el aire externo y el interno. entre las que destacamos: Calor desprendido por los ventiladores. algún tratamiento químico. En el cálculo de las mismas resulta útil el conocimiento de las propiedades psicrométricas del aire. El aire de la cámara frigorífica debe ser renovado periódicamente con una frecuencia que depende del tipo de producto que se almacene. la siguiente: . Ya que la contribución al total de cargas es pequeña. por tanto. = masa de aire que entra en la cámara. produciéndose por tanto dos cargas por renovación de aire. La determinación exacta de ésta contribución resulta difícil a priori. en el caso de carnes refrigeradas. Para completar el cálculo de cargas pueden estimarse otras cargas térmicas de menor importancia. se suele dar una cifra aproximada. d) Pérdidas por renovación de aire. e) Otras cargas térmicas. y por tanto cuál será la potencia de dichos ventiladores. solamente habrá que multiplicarla por el tiempo que esté funcionando el ventilador. la circulación de personas. En definitiva. En la práctica se suele añadir un margen de seguridad del 10%. las necesidades quedan fuertemente reducidas. condensaciones. entonces: P = 1´1 (•Qh/3600) kW ó W Otros aspectos a tener en cuenta: Deben evaluarse las necesidades frigoríficas máximas en la etapa del llenado de la cámara. 18 .día. de forma que cuando las necesidades son pequeñas algunos motores queden inactivos. la apertura de puertas. Suele estimarse que el total de pérdidas se sitúa entre el 10 y el 25% de las pérdidas por transmisión. Se suele estimar que todas estas pérdidas constituyen alrededor del 15% de las pérdidas por transmisión. Nos referimos aquí a las pérdidas frigoríficas debidas a la iluminación de la cámara. la contribución por el calor desprendido por los ventiladores será: . obtendremos la potencia teórica de los equipos frigoríficos.15 (•Qt +•Qe +•Qr) f) Carga total. La potencia frigorífica total debe ser fraccionada en varios equipos.Qv = P t ó •Qv = V qv Necesidades por servicio. entre 10 h y 24 h) obtendremos la carga térmica horaria: .Qh =•QT / H kJ/h Y dividiendo la carga térmica horaria entre 3600 s. Si una vez cargada la mercancía permanece un cierto tiempo y no se añade más. enfriamiento y/o congelación y conservación: . etc. descarche. Es prácticamente imprescindible la existencia de automatismos de arranque y parada de los equipos frigoríficos.Qs = 0. Existen programas informáticos que van solicitando datos y realizan todos los cálculos anteriores de forma automática. Llamaremos carga total ó carga total diaria a la suma de todas las cargas producidas en un día (24horas): QT =•Qt +•Qe +•Qr +•Qa +•Qv +•Qs kJ/día Dividiendo esta cantidad entre el número de horas de funcionamiento de los equipos frigoríficos (H. enfriamiento de los recipientes donde se almacena el producto. Si se conoce o se estima la potencia. de forma que no se consuma más energía que la necesaria. 00098% 1kg .583% Perdida en lavado=0.0265% Perdida en pelado química=0.0081% Perdida en el enjuado0.BALANCE DE MASA.583 70kg 1130kg Lavado 1110kg Pelado 0. DIAGRAMA DE BALANCE DE MASA EN FUNCION AL MATERIA PRIMA (PAPAS) 1200 kg papa Recepción y Almacenamiento de Materia Prima Selección y clasificación % 0. Perdida en la selección y clasificación =0. Base de cálculo: =1200kg de patatas.00098% Peso total de perdida Peso de patatas peladas =70kg =30kg =9kg =1kg =110 kg =1100 kg 4.0081% 9kg 1101kg Enjuagado 1100kg Cortado 1100kg Envasado 1100 kg Almacenamiento 19 0.1.0265% 30kg 0. 5g = 0. esta última parte es la que se va considerar como el área de calefacción.0004725m3 5 cm 479.8 kg/ m3 numero de marmitas a utilizar numero de Bach / día *marmita masa de papa / día volumen de la papa/ marmita masa de agua día / marmita volumen de agua/ marmita volumen de marmita requerida al volumen se agrega un 15 % por seguridad 2 5 60 kg 0. de fondo semiesférico con chaquetas .2415 m3 b.5 cm 472. a continuación detallamos los cálculos necesarios : a.06 m3 150kg 0.4795kg 1014.15 m3 0.21 m3 0. Determinación de volumen de marmita.1010 .5 a 1) densidad de agua tiempo temperatura de papa 120 kg 300 kg 1000kg/m3 20 minutos 18C° Dimensiones de la papa: largo ancho altura peso densidad aparente de papa 10. el material en la parte inferior es de carbón de calidad aisi. Determinación de la altura de la marmita 20 . material exterior será pintado con epóxido y con conexiones de entrada y salida. DISEÑO DE UNA MARMITA Para realizar el escaldado de los 120 kilos de papa con insumos en dos marmitas en forma de baht la marmita es cilíndrica.1100 Kg DISEÑO DE EQUIPOS Y BALANCE DE ENERGÍA A. papa masa de agua para escaldado (R: 2.5cm3 9 cm 0. … … … ecuacion .3586 m H total =H+ h=0. 2 VT=п∗r 2∗H + ∗п∗r 3 3 Factorizando tenemos : 5 VT= ∗п∗r 3 3 r= √ 3 3∗VT … … … … … … … … … … … ….3586 m h=1∗D/2=0.7172 m Reemplazando los valores en las relaciones dela altura se tiene: H=r =radio dela marmita 0..VT=V cilindrica+Vsemiesferica … … … … … … … … … … ec 01 Donde: VT: volumen total dela marmita………………………………0.7172m 21 .2415 m3 Volumen del cilindro 2 = п∗r ∗H Volumen de la semiesférica 2 3 = 3 ∗п∗r Se considera H= r Además se sabe que la relación 1 h= ∗D=r 2 Reemplazando en la ecuaciones delos volúmenes en la ecuación 01.02 5∗п Reemplazando valores en la ecuación 02 El radio dela marmita: r= √ 3 3∗0 . 3586 m r¿ Diámetro de la marmita: 1 ∗D=r D=r∗2 D=0.3586 m∗2 2 D=0.2415 5∗п ∫ ¿=0 . 0254 m =0.175 6.225 22 3.875 22. … … … … … .0937 5 0.375 0.92 1 pulg T= espesor de la pared de la marmita =0.00123 m 4471∗0.92 Lbf/ pulg2 Se añade el 40% de factor de seguridad a la presión =13.65−0.0095 0.36m) = 14.6∗P Donde: Constante S = esfuerzo de tracción (50°c-120c°) E = eficiencia de la junta de soldadura = 0.96875 .0625 0.625 0.0222 3.35 9.048 =0. ecuacion03 S .125 0.17 pulg∗0. Calculo del espesor de la marmita : Según el código de diseño de ASTM Y API –ASTM.159375 0.0159 0.525 15.1562 5 0.00123 m Espesores que existen en el mercado: pulg 5/32 13/62 1/16 3/32 1/8 1/4 3/8 5/8 7/8 pulgad as 0.17 pulg Reemplazando en la ecuación 03.89 Lbf/ pulg2 R= radio interno de la marmita (0.6 = 4471 Lbf/ pulg2 = 65% Para La junta simple reforzada se tiene el 65% código de ASME (sociedad americana de ingenieros mecánicos) P = presión máxima de trabajo manométrico P= presión en pulgadas = 9.0052 5.875 metros (m) 0.25 0. se tienes que el espesor es : t= 9.0040 mm 0. se tiene la siguiete relación para presiones bajas de trabajo u operaciones con la ecuación de BORROW.c.38125 0.0024 1. E−0.0016 0. t= P∗R … … … … … … … … … .92∗14.0064 0.0032 0.2031 25 0.6∗9.5875 2. 5875 mm d.7172 m Hallamos el área de marmita reemplazando valores en la ecuación 04 A=2∗п∗0.3602∗0.3586 m+0. Determinación del área y masa de la marmita : 2 A=2∗п∗r ext∗H +п∗r ext … … … … … … … … … … … … … ecuacion04 Donde: r ext=radio exterior =r interior+t =0.0016 m r ext=0.Cuadro 01: espesores que se encuentran en el mercado. V= 2. El espesor es: En nuestro caso se asemeja al 1/16 = 1. reemplazamos en la ecuación 05.36022=2 .00323 m * 0.031m2 AV = A .56 kg 3 m GRAFICA DE MARMITA: 23 3 .031 m 2 0.7172m+п∗0.001 6m= Densidad de acero inoxidable 7913kg /m3 = Masa de marmita de acero inoxidable Masaequipo= ρ acero∗V acero … … … … … … … … … ecuación 06 Masaequipo= 7913 kg ∗0.3602 m H = altura de la marmita= 0.00323 m3 =25. t … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ecuación05 El volumen de marmita (acero) se obtiene. BALANCE DE ENERGÍA EN LA MARMITA.B. Energía de entrada – energía de salida = energía de acumulación E3 E4 E1 MARMITA E2 E5 E6 E7 Q Figura 03: representación esquemática de energía en marmita Donde: a) energía que entran a la marmita. E3= energía que sale del vapor de agua 24 . b) Energía que sale de la marmita. E1= energía que entra con la papa E2= energía que entra con agua de pelado Q= Calor suministrado. E6= energía que sale con agua condensada E 1+ E 3+Q=+ E 4 + E 5+ E 6+ E 7+ E 8 … … … … … … … . .. de papa hg= entalpia de vapor saturado a120 °C hf= entalpia de líquido saturado a120 °C C. ENERGÍA QUE INGRESA AL SISTEMA.3 kJ kg∗° C B. E 2=Masa vapor∗Cp∗( hg−hf ) … … … … … … … … … … ecuación 09 Donde: Masa de vapor Cp.. … …. Ecuación 07 DESARROLLO. = ……….517 kj ∗( 18−0 ) ° C=3988. de papa= teórico = 3. Energía que entra con el agua de pelado-blanqueado. A. A.E4= energía que sale delas papas E5= energía necesaria para el calentamiento del equipo. = ………… = ………. 3.. 25 = ………. E 1=Masa de la papa∗Cp∗(Te−Tr)… … … … … … … … ecuación 08 Donde: Masa de papa= =60kg Cp. calor suministrado. Energía que entra con la papa.517kj / kg°C Te= temperatura de entrada = 18°C Tr= temperatura de referencia = 0°C Reemplazando en la ecuación 08 E 1=63 Kg∗. 517 kj / kg°C Ts= temperatura de salida= =75°C Te= temperatura de entrada = = 18°C Reemplazando en la ecuación 12 26 kg . de papa= teórico = =3..5 kg Reemplazando en la ecuación 11.25 kj kg b) Energía que sale con papa.2282 .E 3=Masa agua∗Cp∗(Te−Tr)… … … … … … … … … … ecuación 10 Masa de agua = 150kg Cp. de agua= teórico = 4.5kg ʎ .5 Kg∗. E 5=Masa papa∗Cp∗(Ts−Te)… … … … … … … … … … ecuación12 Masa de papa = =60 Cp. a) Energía que sale del vapor de agua. Calor latente de vaporización de agua a90 ° =2282. ENERGIA QUE SALE DEL SISTEMA. … … … … … ecuación11 Donde: Masa de vapor= masa de agua =2. E 4=2.18 kj ∗( 18−0 )=11286 KJ kg∗° C B. 5 kj =5706.18kj / kg°C Te= temperatura de entrada= =18°C Tr= temperatura de referencia = = 0°C Reemplazando en la ecuación 10 E 3= 150∗4. E 4=Masa de vapor∗ʎ … … … … … … … … . E 7=Qconveccion=hc∗A∗∆ T∗θ … … … … … … … … . 90°C T 1 T 2 18°C Figura 01: representación esquemáticamente de temperatura de la marmita. acero teórico = calor especifico de acero = 0. como se ve en el grafico siguiente.56 kg Masa de acero = Cp.456 kj ∗( 90−18 )=820. … ecuación15 Donde: Hc coeficiente convectivo del aire = A Área externa de transmisión de calor =2.14 KJ kg∗° C c) Energía necesaria para el calentamiento del equipo E 6=Masa acero∗Cpacero∗(Ts−Te)… … … … … … … … ecuación 13 Donde: 25.031m2 T1 temperatura de ambiente =18°C 27 . En este caso las perdidas por convección y conducción son iguales .8 KJ kg∗° C d) Energía que se pierde por conducción y convección.456kj/kg°C Tf= temperatura final = 90°C Te= temperatura de entrada =18°C Reemplazando en la ecuación 12 E 6= 25∗0.E 5= 60∗3.517 kj ∗( 75−18 )=12028. Tf= 90.T2 temperatura de superficie…(anexo1.00001978 Pa-s K=conductividad termica del aire =0.3 horas e) Determinación de coeficiente convectivo del aire (he) El número adimensionales de prandt y grashof.003056/°K ∆ T = diferencia positiva de temperatura entre la pared y la del medio ambiente Ts.097 =36.) =90.7172m g = gravedad especifica =9. Donde: Cp = calor especifico del aire =1007j/kg°C = Viscosidad del aire =0.8m/s2 ϐ = coeficiente volumétrico de expansión del fluido (1/Tf) =0.097 ° C=327.247 ° K 2 Utilizando tablas de C-9.194°C θ tiempo =0.097°C.194°C Propiedades físicas se evalúan la temperatura media de la película. Ecuacion 17 Ta= temperatura del ambiente =18°C Ts= temperatura de superficie =90.194 =54. se busca la propiedades del aire a 54.194 . se determina con las siguientes ecuaciones… Cp∗❑ N Pr = … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Ecuacion 16 K N Gr=(L3∗ρ 2∗g∗ϐ∗∆ T ) /❑2 … … … … … … … … … … … … … . T f= Ta+ Ts 2 T f= 18+90.0277w/m°C ρ= Densidad del aire =1.54. De Earle (1992).097°C 28 .079kg/m3 L= altura del equipo =0. 3 ∆T L 0.48W ∗J m2 ° K ∗3600 S W ∗S ∗kj 36.25 … … … Ecuacion 18 N Pr∗N Gr <10 9 Y a 104 hc=1. se tiene: N Pr = 1007∗0.8∗0.0792∗9.097∗0.719∗1229794573=884189942.25 h 12.18kj / kg°C = 90°C =18°C .719 0.54 kj hc=1 . se tiene la siguiente relación: N Pr∗N Gr >10 9 hc=1.7172∗36.097 ) 0.0277 N Gr= ( 0. ecuacion19 Como es menor de 109.5=162.003056∗36.00001978 =0.000019782 =12297949573 N Pr∗N Gr =0.25 ( ) … . reemplazamos en la ecuación 19 3. de agua= teórico Te= temperatura de entrada Te= temperatura de entrada Reemplazando en la ecuación 20.Reemplazamos datos en la ecuación 16-17.97 0.7 Según Earle.325 kj f) Energía que sale con el agua de pelado.54∗0. E 8=Masa Agua∗Cp∗(Ts−Te)… … … … … … … … … … ecuación20 Donde: Masa de agua Cp.3 = = 0. 29 = 150kg = 4.7172 1000 j h∗° K∗m2 ( ) Reemplazando los datos en la ecuación 15 E 7=Qconveccion=12.71723∗1.8 ( ∆T )0. 1992. EL CALOR TOTAL NECESARIO PARA UNA MARMITA DE UN BACH QT =( E 4 + E 5+ E 6+ E 7+ E 3)−( E 1+ E 3) QT =( 5706.664kj Hg= entalpia de vapor saturado a 120°C = 2706 kj/kg Hf= entalpia de líquido saturado a 120°C =503.3+11286 K ) QTOTAL=48587.5*2= 53 KG DE VAPOR /BACH BALANCE DE ENERGÍA EN LA CAMARA DE REFRIGERACION.8+162.444=58304.E 8=150∗4.14 +820.664 KJ g) cálculo de la cantidad de vapor necesario para el pelado químico de papas. se tiene: Mv= 58304.81KJ/kg Reemplazando en la ecuación 21. despejando Q.25+12028. DISEÑO DE CÁMARA DE REFRIGERACIÓN.444 QTOTAL=48587. Mv= QT … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ecuación 21 hg−hf Mv = masa de vapor QT= calor total = 58304.22+ 9717. El cálculo se realiza por cantidad de papas peladas que se producirá en un día es decir por las 2 marmitas cada una con 5 bach t y su almacenamiento tiene que calcularse para esa cantidad.22 KJ Por factor de seguridad se agrega 20% 48587. A. se obtiene.664 =26.81 Como son dos marmitas la masa total = 26. 30 .18∗( 90−18 )=45144 kj De la ecuación 7.2=9717. 2706−503.22∗0.325+ 45144 )−( 3988.5 kg . Área ocupada por las tarimas (3) =6.8 kg/ m3 = 0.25 m2 Numero de jabas por tarima = 12 jabas Numero de rumas =3 rumas Numero de jabas /tarima = 36 jabas Número de tarimas necesarias=2. Densidad aparente =1014.30 m Volumen ocupado por canastilla =0.2 m Determinación del área de cámara de refrigeración: En esto se usara método escala.0492 m3 Volumen de 50 kg de papa Dimensión de las jabas de almacenamiento de patatas peladas.8 =108 jabas =0.Cantidad de papas peladas por día Número de días de almacenamiento Masa total de las papas que se almacenara =1100kg =5 días =5500k Calculo de volumen de 50 kg de papas.40m Altura =0. (Las dimensiones se eligió con los que existen el en mercado) Longitud =0.5m Altura =0.99 =3 tarimas Geometría de las tarimas Longitud =1.5 m Ancho =1.06m3 Volumen útil de la canastilla para las papas (84.02%) = 0.2m2 Área que ocupa la jaba: Área de la tarima = 2.50 m Ancho =0.05m3 Kilos de papas a almacenar por jaba = 51kg Numero de canastillas necesarias = 107.75m2 Espacio (área) entre las paredes de las tarimas = 19m2 31 . Longitud =8. 2 5 3 3 3 4 4 4 4 5 5 6 6 7 Tabla02: dimensiones de aislantes para refrigeradoras. 0000m .0508m =-0.=3m2 Espacio entre tarimas =28.5m2 = 108.5 m =63.15°K Espesor mínimo de aislante ( poli estireno) = 4 pulgada temperatura de almacenamiento (°c) 10 a 15 4 a 10 -4 a 4 -9 a -4 -18 a -9 -26 a-18 -40 a -26 espesor de corcho pulgadas 3 4 5 6 7 8 10 =0. A piso se le quita 2 pulgadas paredes se mantendrá con el mismo espesor del aislante 32 = 0.5m2 Área del techo =25.5m2 Área del piso =25.75m3 Volumen total Cálculos previos para el almacén de los productos terminados: Áreas laterales = 57. Fuente: Geankopolis -1990 A cada una de las paredes se le agregara o si quitara sea el caso Al techo se le agrega por contacto con el aire 2 pulgadas.75m2 Área total de almacén A. REFRIGERADORA PARA EL PRODUCTO FINAL.1016m poliuretano poli estireno pulgada moldeado Pulgada.5m2 Área total Temperatura de almacenamiento= 4 °C =277.0 m Altura =2.5 m Ancho =3.0508m las = 0. 354W/m2°C Reemplazando los valores en la ecuación 22 se tiene: Q1=108.036W/m°C T1=temperatura exterior de la cámara =18°C T2= temperatura interior de la cámara =4°C X= espesor mínimo del aislante =0.infiltraciones ) El números de cambios de aire en 24 horas .036 /0.1=¿ 0.73 kj dia b) Carga térmica debido al volumen del aire emanado (puerta .354∗( 18−4 ) = 537.1016 U=K / X=0. techo y piso.5m2 K = conductividad térmica del aislantes = 0. techo y piso.0508m B. para los cuartos de almacenamiento a consecuencia de las infiltraciones y aperturas de la puerta .5∗0. Q1= A∗U∗(T 1−T 2 ) … … … … … … … … … … … … … … … . es de acuerdo al 33 .1524m Piso =0.Por lo tanto el espesor de los aislantes en cada una de las paredes es: Paredes laterales = 0. Ecuacion 22 Es la carga térmica debido por el aislantes que varía de acuerdo a su espesor en paredes.1016m Techo =0. Donde: A = área de transferencia de calor: paredes techo y piso =108. DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE REFRIGERACIÓN: a) Determinación de la carga térmica de perdida atreves de la pared. 517∗( 18−4 )=216647. = calor especifico de la papa kg°C =3.37 )=¿ 20285.2575∗15∗( 2530.517kj/ T1= temperatura de entrada antes de almacenar = 18°C T2= temperatura a almacenar =4°C Reemplazando los valores en la ecuación 24 se tiene: Q3=4400∗3. Q2=V C ∗ρ∗N °∗( H 1−H 2 ) … … … … … … … … … … … … … Ecuacion23.75m3 Vc= volumen de la cámara N°=número de veces que se abre la puerta o el número de cambios de aire= 15 veces H1= entalpia de aire que ingresa a 15 °C =2530.volumen de la cámara y el nivel de la temperatura de la mismo .37kj/kg ρ aire= densidad dela aire = 1.2575kg/kg/m3 Reemplazando los valores en la ecuación 23 se tiene: Q2=63. las veces que se abre la puerta.24Kj/kg H2= entalpia de aire que sales a 4°C =2513.es decir que es inversamente proporcional el volumen de la cámara .75∗1.24−2513.2 kj /dia 34 . Donde: =63. Ecuacion 24 Dónde: m = masa papa = 4400kg Cp.91 kj/dia c) Carga térmica de la materia prima Q3=m∗Cp∗( T 1−T 2 ) … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … . Ecuacion 25 Dónde: Peso de jaba plástico para las papas = 2.74 kj dia e) Carga térmica de la iluminación Q5=3. = calor especifico de la jaba =1. … .906kj/ kg°C T1= temperatura de entrada antes de almacenar = 18°C T2= temperatura a almacenar =4°C Reemplazando los valores en la ecuación 25 se tiene: Q4 =216∗1.5m Reemplazando los valores en la ecuación 26 se tiene: Q5=3.906∗( 18−4 )= 5763.5= 642.0kg Cantidad de jabas =108 jabas mj = masa jaba = 216kg Cp. Q4 =mj∗Cp∗( T 1−T 2 ) … … … … … … … … … … … … … … … .d) Carga térmica de la las jabas.6∗7∗3∗25.6 kj dia f) Carga térmica de los operarios: Q6=Tp∗Cp∗Np … … … … … … … … … … … … . Ecuacion 27 Donde: Tp=total de personas en el interior dela cámara =3 personas Cp=calor emitodo por cada persona en una hora: = 5870. Ecuacion 26 Dónde : Z= tiempo en horas por día que se usan las luces = 3h A= área de techo =25..152kj/h Np=número de horas que cada persona permanece en el interior = 2.0h 35 .6∗7∗Z∗A … … … … … … … … … … … … … … … … . Q∗∆ P … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .912 kj/dia g) Carga térmica de la tarima Q7=mt∗Cp∗(T 1−T 2 ) … … … … … … … … … … … … … … … .4=0.0=35220.75*0.6 Reemplazando los valores en la ecuación 29 se tiene: 36 .152∗2.Reemplazando los valores en la ecuación 27se tiene: Q6=3∗5870. Ecuacion 2 nm∗nv Calculo de caída de presión en los ventiladores: ∆ P ∆ P=4.45kj/ kg°C T1= temperatura de entrada antes de almacenar = 18°C T2= temperatura a almacenar = 4°C Reemplazando los valores en la ecuación 28 se tiene: Q7=75∗0.5 pulg agua∗248 Pa =1116 Pa pulg agua Calculo de .75∗0.45∗( 18−4 ) =472.9 N v=eficiencias de ventilador =0.5 kj /dia h) Carga térmica de los ventiladores Q 8= .765 m3 / s Se asume eficiencia del motor y ventiladores N m= eficiencia del motor = 0.4m/s Área de evaporador: = 0.3∗3.Q Velocidad del Ventilador = V =3.Q= A∗V =0. Ecuacion 28 Dónde: Peso de tarima = 25kg Numero de tarimas =3trimas mt = masa tarima = 75kg Cp.3m2 . = calor especifico de la tarima =0. 54kcal/h a) Propiedades del refrigerante: freón 12. D e las tablas de John Perry.74+642.4 kj / dia 0. CALCULO DE LA POTECIA DEL COMPRESOR REAL.9∗0.69 kj dia C. Potencia del compresor = 30056.6 1000 j QTOTAL=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4 +Q 5+Q 6+Q7 +Q 8 … … … … … Ecuacion 30 Reemplazando los valores en la ecuación 30 se tiene: 537. se agrega esta cantidad a QT: QTOTAL= 541019. La compresora trabaja 18 horas /día aproximadamente.99 kj dia Como el factor de seguridad es 30%. delas propiedad del freón 12.6+35220.75 kcal/kg 37 .765∗1116 Dia Q 8= = =136598.65kj/h Frigorías necesarios =7183. H3= H4 =Hf =14.4 QTOTAL= 416168.514 kg /cm2 S1= Entropía 1 =0.73+20285.91+216647.10kcal/kg P1= presión =2.°C A temperatura de 28°C=DEL CONDENSADOR.5+ 136598.2+ 5763. tenemos A temperatura de -6°C: DEL EVAPORADOR H1= entalpia de vapor saturado = 44.912+ 472.16719 kcal/kg.1581 J ∗3600 S ∗24 H H ∗kj 0. Tc= temperatura del evaporador = (4-10)°C = -6°C Temperatura del condensador = T ambiente +10°C = 28°C Considerando la refrigeración como isotrópico. ecuacion 31 H 2−H 1 Reemplazando los valores en la ecuación 31 se tiene: COP= 44.131 kg /cm2 P2= p3 De las tablas de vapor de sobrecalentado.1 Potencia del compresor = 30056.75 244.131 kg /cm2 S= entropía =0.10−14.ecuacion 32 H 1−H 4 Reemplazando los valores en la ecuación 32 se tiene: 7183.54kcal/h Potencia del compresor = 1.=7. H= W1 ∗100 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .3 kcal/kg b) Cálculos del coeficiente del performance: COP COP= H 1−H 4 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .60 Hp c) Masa del refrigerante (Mr) Mr= QT … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .75 Kg ∗h h 0.3−44.16719 kcal/kg°C H2= entalpia2 =48.99 48. es por esa razón que es necesario calcular la potencia real de la maquinaria compresora: Las maquinas compresores tienen una eficiencia de 60 %.068 Kg = 3600 S S La potencia calculada es ideal: las maquinas compresoras no trabaja al 100% de la capacidad.54 Mr= = 44.1−14. ecuacion33 Wr 38 . P=presión =7.75 =6.65kj/h QT =7183. con una potencia real de 3Hp. A. Q1=m agua∗( H 1−H 2 ) … … … … … … … … … … … … … Ecuacion 34.60Hp Reemplazando los valores en la ecuación 33 se tiene: Wr= 1.67 60 Por lo tanto se necesitara una cámara de la refrigeración. que es recomendado.Donde: H= eficiencia =60% W1= Potencia ideal =1. La caldera a tomar en cuanta será una caldera vertical La función del caldero es que los gases calientes circulen por el interior del tubo. equipos y etc.5 kg/h Mv = 291.5lb/h Sin considerar masa de vapor para otros fines como limpieza de materiales.6 ∗100=2. DISEÑO DE EQUIPO DE PRODUCCON DE VAPOR – CALDERO Según los cálculos realizados en la balance de energía de la marmita para la producción de papas peladas .45lb/h 39 .5 lb /h Calculo de calor para evaporar el agua.la masa de vapor será: Mv total = 291. Donde: M= masa del agua a calentar = 87. para producir vapor de agua. calentando de esta manera el agua almacenada a una presión. en donde se ha determinado la cantidad de vapor que se necesita para un bach . DISEÑO DE LA CALDERA Numero de Bach al día (5)= 5*53 Horas de trabajo /día = 2 horas Mv = masa de vapor en el proceso = 265 kg /día Mv =132. = coeficiente de trasferencia de película de agua. h. k 1 k 2 k 3 h . los tubos están completamente limpios.2btu/lb Reemplazando los valores en la ecuación 34 se tiene: Q1=291. Donde: h.H1=entalpia de líquido saturado hf (60. … … Ecuacionc 36 1 1 + h.. A= Q … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Ecuacionc 35 U∗∆ T Donde: A= área de transferencia de calor Q= calor generado por la evaporación del agua.8°F=16°C) = 28.2−28.65 Btu h Calculo de la superficie de transferencia de calor. 40 ..861 )= 267236.861btu/lb H2=entalpia de vapor saturado hg a 125psia (248°F=120°C) =947...= coeficiente de película de los gases de combustión X1=espesor de las incrustaciones de la dureza del agua X2=espesor del tubo de hierro X3= espesor de la capa de hollín K1= conductividad térmica de las incrustaciones x 1 x2 x 3 + + k1 k2 k3 Son las resistencias específicas que se depositan en las tuberías de una caldera que recién se ponen en función.5∗( 947. por siguiente las ecuación 35 se reduce: U= 1 … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. U= Coeficiente de transferencia total ∆ T =gradiente de temperatura U= 1 … … … … … … … … … … … … … … Ecuacionc 35 1 x1 x 2 x3 1 + + + + h . h. 4 2 ft ∗° F ❑ El coeficiente de película de los gases de combustión en el interior es: H.0314∗0.4 36 2 =31.0833ft Ts= temperatura de superficie de líquido =248°F Tw= temperatura de agua .0833 ( 248−59 ) )] 1 4 Btu =235.=0.2 h . .725∗ 0.0314Lb/ft*h D = diámetro de la tubería de 1pulg =0. .Calculamos h.=0.= según el código de construcción de calderas =36 Btu/ft2h°F H.87 ∗416687846 947. ° F ft 41 .725∗ (Ts−Tw ) 1 /4 )] ❑ … … … … … … … … … ecuacion37 Donde: Temperatura de la alimentación del agua dela caldera = 60.= Reemplazando los valores en la ecuación 35 se tiene: U= 1 1 1 + 235.0159 ∗58.22 Btu h.2Btu/lb = Viscosidad= = 0. [( 3 2 k ∗ρ ∗g ∗ʎ ¿D h .8°F=16°C Presión de trabajo del caldero = 125psia Propiedades del agua a248°F= 120°C K= conductividad térmica de agua =0.0159Btu/ft*h*°F ρ =Densidad del agua =58.=59°F [( 3 2 0.87lb/ft3 g = gravedad universal =416687846ft/h2 ʎ=calor latente de vaporización =947. 9.3 ft 2 31. condiciones del trabajo y a los resultados obtenidos.65 =45. donde se observa que hay un perdida de110 kg. requieren las siguientes cantidades de energía por unidad de tiempo: EQUIPOS Marmita de vapor Vapor que necesita la marmita Cámara de refrigeración Compresor ENERGÍA-POTENCIA 58304. se llega a las siguientes conclusiones: La capacidad de producción de patatas peladas fue definida con el flujo de masa de 1200 Kg/ día de patatas (de categoría primera) como materia prima en 5 Bach. Para los 45. CONCLUSIONES En base a los objetivos.22∗(248−59) Calculo de la potencia del caldero según el código ASTM Según el diseño de las calderas del código ASTM para la construcción de las calderas debe considerar que: 1HBP= 5ft2 de calefacción.3 ft2 2 45. reemplazando en la ecuación35 A= 267236. El balance de masa se resume en el diagrama de bloques que se presenta en la página 18.3 ft ∗1 BHP =9. por un lote de proceso.01 BHP 2 5 ft Considerando que la caldera trabaja con la eficiencia de 60 %.01 ∗100 =15 BHP 60 POR LO TANTO NESECITAMOS UN CALDERA DE 15 BHP.Cálculos del área de transferencia de calor. Los equipos diseñados.664kj/ bach 265 kg /día 541019KJ/dia 3HP 42 . org/fileadmin/templates/inpho/documents/EQUIPOS. Universidad -Costa Rica.es/dspace/bitstream/10045/17271/1/refrigeracion. editorial utema.ingeniería delos alimentos operaciones básicas de procesamiento delos alimentos .html http://rua.ua.pdf http://unaduni. editorial continental S. Boletín RETADAR.slideshare.A México 2002. tercera edición.. PAGINAS WEB.España 1992 GEANKOPLIS-proceso de transporte y operaciones unitarias.com/file/view/Tema7refrigeracion.7172m = 0. Área de transferencia de calor Potencia =45.3586m =0. Manual de ingeniero químico.pdf 43 . 4 p.031m2 =25.pdf http://mainfruver.blogspot. Centro de Investigaciones en Tecnología de Alimentos. No 39.Caldero 15 BHP 1.56kg CÁMARA DE REFRIGERACIÓN Longitud = 8.5m Ancho =3m Altura =2. 1988.net/yuricomartinez/labo-1-propiedades-termofisicas-de-los alimentos http://www.0016m = 2.3ft2 =15BHP BIBLIOGRAFÍA EARLE.ve/scielo. México -1990. editorial acribia.wikispaces.fao.7172m =0.scielo.pe/2011/03/marmita. http://www. Las dimensiones de los equipos diseñados tienen las siguientes medidas: MARMITA: Radio Diámetro Altura Espesor: Área Masa =0.php? pid=S131600872001000200002&script=sci_arttext http://es.org. JHON PERRY. San José.5m CALDERO. 683W/m°C = Viscosidad= = 0. T1= temperatura de vapor de agua =120°C T2= temperatura de pelado químico .4kg/m3 L=Altura de marmita =0. http://www.7172m g = gravedad =9.angelfire. Calculo de coeficiente del vapor (hi=hv) Para una temperatura de 120°C.81kj/kg.htm ANEXO 01 COEFICIENTE CONVECTIVO DE CALOR: Cálculos del coeficiente convectivo del vapor y de la superficie interna de la marmita para las papas. 44 .8m/s2 p= presión =143.27kPa hv =entalpia de vapor =2706kj/kg hli= entalpiade l liquido =503.=90°C Kliquido= conductividad térmica =0.com/pro/papalima/enlaces/papa03.44 Ρ= densidad =943.232*10-3Pa-s Pr=numero de prandt =1. 94∗ L∗∆ T ) ] 0. 45 .232∗10−3 Hv=0.0016m A= área de marmita =2. [( k 3∗ρ2∗g ∗ʎ ❑ Hv=0.8°C To=temperatura de calentamiento =90°C Ti=temperatura de vapor =120°C Hi=hv= coeficiente convectivo de vapor =989w/m2°C K= conductividad térmica del acero inoxidable =15.031m2 Calculo del coeficiente de agua. ecuacion 15 Reemplazando en la ecuación 15... usando la siguiente ecuación.25 ] ❑ = 989 W m2 ° C DETERMINACION DE LA TEMPERATURA DE SUPERFIECIE. ….7172∗30 ) 0.8 ∗2202 0.ʎ=(hv-hli) =2202kj/kg ∆ T=(T1-T2) =30°C Calculamos Hv.94 Exponente de la ecuación = 0. … … … .25 Reemplazando los valores de la ecuación 14 se tiene: [( 0.56∗(ts−¿ ) … … … … … … … … . La temperatura de la superficie interna. 3 ho=5.94∗ 0.6w/m°C e = espesor =0.6833∗943.25 ❑ … … … … … ecuacion14 Donde : Constante =0. se hallara por el método de aproximaciones para ello se asumirá a una temperatura determinada (ts) Ts = 119.42∗9. 194 0.031∗15.031∗989 Rs= e 0.00000334 A∗ho 2.00000334 ∗( 120−90 ) =0.56∗(119.031∗147137. 147137. m2 ° C Por lo cual la resistencia se tiene: 1 1 Ri= = =0.0004978 A∗Hi 2.57 ∑ R=Ri+ Rs+ Ro ∑ R=0.57 w .194=90.0016 = =0.ho=5.6 Ro= 1 1 = =0.0000505 A∗k 2.0005164 La temperatura de superficie interna de la marmita: Ts=¿+ ∆ T Ts=90+ 0.8−90 )=.194 ° C 46 .0005164 La caída de temperatura a través dela película es : ∆T= Ro ∗( Ti−¿ ) ∑R ∆T= 0.