Sistemas de Congelacion en la Industria

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la ProducciónIngeniería en AlimentosINGENIERÍA DE PROCESOS ISistemas de congelación en la industria de alimentosIng. Priscila CastilloINTEGRANTES: Sergio BajañaDiana CoelloGabriela GuevaraFreddy GualePamela MontoyaTeresa Paucar31 de Enero del 2011 -852170147955 2057400 -851535139700 275844048895177165115570 INDICE Presentación1 Índice2 Objetivos3 Introducción4 Información de la Empresa5 Tipo de Producto que se congela6 Túnel de Congelación6 Principio de Funcionamiento del Sistema de Congelación7 Sistema de Congelación9 Capacidades de Congelación y Tiempos de Congelación13 Arreglo del Producto dentro del Sistema Congelador14 Importancia de la Pre-cámara15 Cámaras de Almacenamiento16 Características de la Cámara16 Arreglo de Pallets dentro de la Cámara17 Principales Problemas que Encuentra la Industria Manteniendo la Cadena de Frío18 Cálculo del Tiempo de Congelación20 Cálculo de Carga en el Túnel27 Cálculo de Carga en la Cámara de Almacenamiento30 Conclusiones33 Bibliografía35 Anexos36 Anexo I. Tablas CHOI & OKOS37 OBJETIVOS Reforzar los estudios teóricos sobre los ciclos de refrigeración y sus principales componentes. Calcular el tiempo de congelación en un túnel de enfriamiento tomando de referencia plantas actuales. Calcular la potencia del compresor para un túnel de enfriamiento tomando de referencia plantas actuales. Calcular la potencia del compresor para una cámara de almacenamiento de producto congelado tomando de referencia plantas actuales. INTRODUCCION Los sistemas de congelación constituyen un gran aporte al desarrollo de la industria alimentaria, puesto que permiten aumentar la vida útil de los productos al ser estos sometidos a bajas de temperaturas, logrando así inhibir y retrasar reacciones bioquímicas o biológicas que terminan el deterioro del mismo. Los cuartos empleados para estos sistemas deben contar con requerimientos específicos dependiendo de su fin, es así que también los equipos que van a ser utilizados cuentan con especificaciones técnicas que permitirán cumplir los objetivos en cuanto a temperaturas de congelación se refiere, buscando siempre obtener el mayor rendimiento posible en todo el sistema, para ello existen cálculos que nos ayudan a determinar que equipos y tiempos se deben emplear. PRONACA es una empresa que se ha venido desarrollando a lo largo de los años como una de las mejores en cuanto a procesamiento de carnes, pero para esto ha sido necesario el diseño de instalaciones que permitan mantener una cadena de frío en donde se asegure la calidad del producto terminado. El presente trabajo cuenta con información de las cámaras de almacenamiento y los túneles de congelación utilizados en la planta de faenamiento de aves PRONACA- Bucay, con los cuales lograremos identificar teóricamente las potencias de los compresores necesarios para cada una, así como el tiempo que llevaría congelar el producto terminado según las condiciones que se requieren. SISTEMAS DE CONGELACIÓN EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS INFORMACIÓN DE LA EMPRESA PROCESADORA NACIONAL DE ALIMENTOS C.A. La cultura de PRONACA está fundamentada en tres valores centrales: integridad, responsabilidad y solidaridad, que inspiran su propósito y los principios que guían sus relaciones. PRONACA existe para alimentar bien generando desarrollo en el sector agropecuario. La primera responsabilidad de PRONACA es proveer productos innovadores, saludables y de calidad que alimenten bien a sus consumidores y contribuyan al bienestar y satisfacción de sus familias. 34290102235Mr Pollo, es la marca insigne de PRONACA, que a lo largo 30 años ha logrado un altísimo posicionamiento y es sinónimo de calidad para los consumidores. Mr. Pollo cambió el hábito de consumo artesanal por un producto faenado y empacado higiénicamente bajo estrictas normas de calidad tales como: HACCP y BPM y permite garantizar la entrega de producto fresco a todos sus clientes, sin romper en ningún momento la cadena de frío, vital en esta categoría, además ha logrado consolidar una gran red de distribución llegando a cubrir todas las provincias del país. En la actualidad Mr. Pollo ofrece al consumidor una gran variedad de productos nutritivos y saludables. EN LA INDUSTRIA Tipo de producto que se congela Producto: Pollo congelado Marca: Mr. Pollo PRONACA ofrece al consumidor una gran variedad de productos que le permiten gozar de alimentos nutritivos y saludables en toda ocasión. Ofreciendo productos en las siguientes presentaciones: Pollo entero Pollo despresado: bandejas y funda Menudencias Túnel de Congelación En la fábrica de PRONACA, la congelación del producto terminado se realiza en túneles de congelación, en los cuales el producto se coloca en armarios. Cuentan con dos túneles de congelación, cada uno con una capacidad de 20 toneladas de producto. Los congeladores de ráfaga de aire, que operan por cargas, consisten en un local bien aislado y cerrado en el cual el aire frío recircula a una gran velocidad. El congelador opera por cargas, introduciéndose el producto empacada al cuarto en carritos, con bandejas o sobre plataformas. Una vez terminado el lapso, se retira el producto congelado. Los productos deben estar empacados, ya que de otra forma las pérdidas de peso son muy apreciables, dada la alta velocidad del aire que se suele emplear Este sistema se encuentra con frecuencia en los almacenes frigoríficos para acelerar o reducir la temperatura de productos que van a ser almacenados en congelación. Podemos destacar ocho ventajas a tener en cuenta: - En primer lugar, el túnel de aire forzado permite un rápido enfriamiento del producto. - Las pérdidas de peso del producto durante el proceso son mínimas, pudiendo ser eliminadas virtualmente en condiciones óptimas. - El producto final tiene mejor aspecto durante mayor tiempo que el obtenido durante el vacuum cooling o en la cámara convencional. Se obtiene un producto de la máxima calidad. - El túnel de aire forzado es un sistema bivalente de prerefrigeración y refrigeración, permitiendo simultáneamente su utilización con los mismos equipos en el mismo recinto frigorífico. - Resulta fácil de instalar, incluso en instalaciones frigoríficas existentes. - Puede ser aplicable a todo tipo de productos. - Permite obtener bajos costos de enfriamiento, casi la mitad que el vacuum cooling. - Requiere la mitad de espacio disponible que las cámaras convencionales. - Como único inconveniente cabría resaltar que este sistema requiere más superficie que el vacuum cooling. Al utilizarse como una cámara de conservación, este inconveniente podría convertirse en una ventaja agregada. Principio de funcionamiento del sistema de congelación Congelación La industria de la alimentación ha desarrollado cada vez más las técnicas de congelación para una gran variedad de alimentos: frutas, verduras, carnes, pescados y alimentos precocinados de muy diversos tipos. Para ello se someten a un enfriamiento muy rápido, a temperaturas del orden de -30ºC con el fin de que no se lleguen a formar macrocristales de hielo que romperían la estructura y apariencia del alimento. Con frecuencia envasados al vacío, pueden conservarse durante meses en cámaras de congelación a temperaturas del orden de -18 a -20ºC, manteniendo su aspecto, valor nutritivo y contenido vitamínico. El fundamento de la congelación es someter a los alimentos a temperaturas iguales o inferiores a las necesarias de mantenimiento, para congelar la mayor parte posible del agua que contienen. Durante el período de conservación, la temperatura se mantendrá uniforme de acuerdo con las exigencias y tolerancias permitidas para cada producto. Detiene la vida orgánica, ya que enfría el alimento hasta los 20º bajo cero (en congeladores industriales llega hasta 40º bajo cero). Es un buen método, aunque la rapidez en el proceso influirá en la calidad de la congelación. Congelación lenta: Produce cambios de textura y valor nutritivo. Congelación rápida: Mantiene las características nutritivas y organolépticas. 3749040156845CAMARAS DE REFRIGERACION Una cámara de refrigeración es un recinto aislado térmicamente dentro del cual se contiene materia para extraer su energía térmica. Esta extracción de energía se realiza por medio de un sistema de refrigeración. Su principal aplicación es en la conservación de alimentos o productos químicos. Una cámara de refrigeración es un sistema capaz de generar temperaturas negativas, hasta niveles térmicos tales que permitan la refrigeración de sustancias diversas y masas determinadas de productos. En la termodinámica clásica se la puede considerar como un sistema cerrado, debido a que la materia contenida en ella no entra en contacto con el exterior, mas no así su energía propia. Características Las cámaras frigoríficas industriales se adaptan fácilmente a cualquier necesidad, tamaño y capacidad. Iluminación incorporada con llave tecla de encendido y apagado de la misma. La unión entre paneles, se protege con un sellador de composición elástica, especialmente diseñado para lograr un correcto salto de frio. El práctico sistema modular permite ampliar el tamaño de las cámaras adaptándose a las reformas, modificaciones, divisiones, etc. Aplicaciones Tratamientos frigoríficos, conservación y congelación de productos, ensayos de control de calidad e investigación multidisciplinar. Características exigibles Aislamiento térmico optimizado. Programación automática de temperatura. Mantenimiento de la tolerancia térmica. Control de temperatura de precisión con apreciación de 0,1ºC. Alarma de averías. Principio de funcionamiento A diferencia de lo comúnmente pensado una cámara de refrigeración no enfría, sino más bien extrae la energía expresada en calor contenida en su interior, todo esto por medio de un sistema frigorífico. Para esto en el interior de la cámara se ubica un evaporador de refrigerante (generalmente de tiro forzado, bien sea para expansión directa o evaporadores inundados según la naturaleza del sistema frigorífico), mientras el resto de los componentes del sistema se encuentran remotos. La misión del evaporador es absorber la energía al sucederse el cambio de fase del refrigerante; mientras el líquido se va evaporando a baja temperatura al interior de este intercambiador de calor este absorbe energía del aire que circula por las paredes exteriores de evaporador. A su vez, el suministro de refrigerante es controlado por una válvula de expansión. Por su parte la cámara debe estar aislada térmicamente a fin de minimizar la transferencia de calor por su estructura propia. Esto se logra gracias a paneles frigoríficos construidos con polímeros sintéticos de bajo coeficiente de transferencia de calor. 335534085725TÚNELES DE CONGELACIÓN Existen diferentes maneras para congelar alimentos, sin embargo, todas ellas exigen una rápida reducción de la temperatura, sin provocar ningún tipo de pérdida de sabor ni cambio de aspecto y coloración. Resultado que, además, debe ser alcanzado sin afectar la rentabilidad del negocio.Los túneles de congelación son sistemas que permiten extraer el calor de los productos alimenticios en forma rápida hasta su temperatura de almacenamiento. Cada uno de nuestros túneles de congelación posee una capacidad de 120 toneladas diarias y congelan a -35°C / -40°C manteniendo las propiedades nutritivas de los alimentos, las características de calidad y sabor. Este sistema ayuda además a evitar la reproducción microorganismos que atentan contra la calidad y vida útil de los productos. Principio de funcionamiento del sistema de congelación Con frecuencia se emplea el principio del flujo de aire a contracorriente, o sea, en dirección opuesta a la del alimento; a fin de que el aire más frío haga contacto con el producto ya congelado que está a punto de salir del túnel o la columna. De esta manera la congelación es progresiva evitando la descongelación parcial. Sistema de congelación Descripción de componentes evaporadores, condensadores, compresores, válvula de expansión, refrigerantes, presiones de trabajo alta y baja Compresores Los compresores más comúnmente empleados en los sistemas de refrigeración de alimentos son los de pistón o émbolo, los rotatorios y los centrífugos. Los dos primeros son de desplazamiento positivo, efectuándose la compresión del vapor mediante un miembro compresor. En los de pistón, como su nombre indica, el miembro compresor es un pistón mientras que en los rotatorios el miembro compresor puede ser un pistón rodante, una aleta rotatoria o un lóbulo helicoidal o tornillo. En el compresor centrífugo la compresión se produce por la acción de la fuerza centrífuga la cual es desarrollada a medida que el vapor es girado por un impulsor de alta velocidad. El compresor pistón constituye uno de los más divulgados en los sistemas de refrigeración de alimentos, adaptándose especialmente a refrigerantes que requieran desplazamientos relativamente pequeños y presiones de condensación relativamente altas. Entre los cálculos que pueden realizarse están la determinación de la capacidad de refrigeración y la potencia requerida al variar las temperaturas de evaporación y condensación. Asimismo, la selección de un compresor para condiciones específicas de operación reviste resulta de importancia práctica. Desempeña un papel fundamental en los ciclos de refrigeración. Puede decirse que el compresor es el corazón del sistema, y que de él depende el buen o mal desempeño del ciclo. Entre las diversas funciones del compresor en el ciclo le refrigeración, podemos citar: * Reduce la presión en la salida del evaporador, casta la correspondiente temperatura de evaporación requerida por la instalación. *Aumenta la presión del refrigerante, hasta la correspondiente temperatura de condensación requerida por la instalación; * Mueve el fluido refrigerante a través de la tubería y de los componentes individuales del sistema. Clasificación de los diferentes tipos de compresores Existen cinco tipos de compresores en uso en la industria de refrigeración y aire acondicionado, describiremos brevemente a todos ellos, pero se intensificará el estudio del alternativo, continuando con el rotativo y scroll. Los restantes no serán parte de este curso. · Alternativo · Scroll · Rotativo · De Tornillo . Centrífugo Compresores alternativos Los compresores alternativos generalmente pertenecen a uno de los siguientes grupos: 1- Compresor tipo abierto 2 - Compresor semihermético 3 - Compresor hermético El compresor de tipo abierto siempre tiene un sello en el eje, de manera que la pieza mecánica y el motor se mantienen separados uno del otro. El motor eléctrico no está en contacto con el refrigerante y debe ser enfriado mediante aire. Los compresores de tipo abierto pueden ser movidos a través de poleas y correas, pueden tener un acoplamiento directo, o un eje directo, y pueden ser desmontados para eventuales operaciones de mantenimiento. Antiguamente, los compresores abiertos eran muy utilizados para aplicación en refrigeración comercial. Sin embargo, gradualmente, les cedieron lugar a los compresores semihermeticos y a los herméticos. El compresor semihermético se encuentra directamente acoplado a un motor eléctrico y está sujeto a un soporte que es hermético a los gases, también pueden ser desmontados para eventuales operaciones de mantenimiento. En el Sector de refrigeración comercial, actualmente, los compresores semihermeticos son muy empleados en Instalaciones frigoríficas de supermercados. Donde se los monta en paralelo en unidades llamadas quot;
racksquot;
. El compresor hermético se encuentra directamente acoplado a un motor eléctrico, y montado a un soporte soldado que es hermético a los gases. Son totalmente cerrados, soldados, si bien es posible su reparación, a veces por los costos y complejidad no es recomendable. Se los considera descartables. Se los utiliza principalmente, en unidades condensadoras para heladeras y cámaras frigoríficas en el área de refrigeración familiar y comercial. Compresores de tornillo Aunque los compresores de tornillo sean más usados en la refrigeración industrial para la compresión de amoniaco y otros gases, actualmente en la refrigeración comercial ocupan un lugar destacado en los grandes mercados (hipermercados) y también en otros equipos de refrigeración. 3018790240665EVAPORADOR El evaporador es el dispositivo donde se vaporiza por completo el fluido refrigerante que llega al mismo, al absorber el calor del espacio circundante, que se debe refrigerar y mantener a una temperatura establecida, también se le denomina enfriador, debido al enfriamiento que produce la vaporización, y en algunos casos se lo llama congelador, cuando se lo fabrica en forma de poder disponer de temperaturas muy bajas capaces de congelar los alimentos y productos depositados en el recinto a refrigerar. Evaporador Inundado: Se conoce como evaporador inundado el que tiene la mayor parte del espacio interior disponible ocupado con líquido refrigerante, quedando solo un pequeño espacio libre disponible que se llena con el vapor que toma la línea de succión. La denominación de inundado que se da a este tipo de evaporador se debe a la presencia de refrigerante líquido que inunda las tuberías del evaporador. Estos evaporadores están dotados de flotadores en los lados de alta y de baja presión, cuya función es la de regular la alimentación líquida del evaporador. Evaporador Seco: Recibe la denominación de evaporador seco el que tiene todo el espacio interno ocupado por refrigerante en estado gaseoso, ya sea en estado de vapor húmedo o de vapor saturado, sin que haya en su interior fluido refrigerante en estado líquido. Para lograr esto se emplea una válvula de expansión instalada en la entrada de líquido al evaporador, lo que al provocar la expansión produce una rápida evaporación del refrigerante que penetra en el evaporador en estado gaseoso, después de lo cual completa su vaporización total en el interior de los tubos que componen el evaporador. El equipo donde se produce la ebullición del refrigerante producto de la absorción de calor desde el foco frío recibe el nombre de evaporador. Aunque lo que se produce es una ebullición y no una evaporación, universalmente se acepta la denominación de evaporador para designar al equipo donde ocurre este proceso. La capacidad de refrigeración de un evaporador está dada por la razón a la cual se trasmite el calor a través de sus paredes, proveniente del espacio o producto refrigerado al refrigerante líquido que circula por su interior, el cual se vaporiza. Esta capacidad está determinada por los factores que gobiernan la transferencia de calor a través de cualquier superficie, esto es, el coeficiente de transferencia de calor, el área de transferencia y la diferencia de temperaturas. CONDENSADOR La función del condensador es transformar en su interior el gas refrigerante comprimido en el compresor en líquido refrigerante. En el interior del condensador el gas refrigerante pierde el calor que absorbió durante el proceso de su evaporación desde el espacio a enfriar, así como también hace entrega del calor absorbido durante su circulación a través de la línea de retorno al compresor y el calor absorbido durante el fenómeno de compresión en el interior del compresor. 3120390321310Debido a esta entrega o pérdida de calor y a la elevada presión a que se lo somete, el gas se condensa y constituye una fuente de agente refrigerante en estado líquido en condiciones de ser entregado repetidamente en el interior de un equipo de refrigeración, produciendo en consecuencia el efecto de enfriamiento buscado. El agente refrigerante en estado gaseoso y a temperaturas superiores a la del ambiente, llega al condensador desde la descarga del compresor. Al producirse el contacto del gas refrigerante con las paredes del condensador que se halla a una temperatura muy inferior a la del gas, comienza este a perder calor que pasa al ambiente provocándose la condensación del gas. Durante el proceso, existe vapor caliente a alta presión en una parte del condensador y líquido caliente a alta presión en la otra. Los condensadores en su parte exterior pueden ser enfriados por aire o por agua. Cuando se emplea un tipo de condensador enfriado por circulación forzada la circulación se obtiene mediante la acción de un ventilador, el que establece una corriente de aire sobre la superficie del condensador. En el tipo de circulación natural, se recurre al fenómeno de convección natural del aire, el aire caliente de menor densidad que el frío tiende a elevarse, estableciendo así la corriente de convección mediante la cual al elevarse el aire calentado por la extracción del calor del condensador será sustituido por aire más frío, proceso que seguirá produciéndose en forma in interrumpida durante todo el tiempo en que en el condensador haya una temperatura superior a la del ambiente. El calor total rechazado en el condensador incluye tanto el calor absorbido en el evaporador como la energía equivalente al trabajo de compresión. Cualquier calor absorbido por el vapor de succión desde el aire de los alrededores también forma parte da la carga térmica del condensador. Como el trabajo de compresión por unidad de capacidad de refrigeración depende de la relación de compresión, la cantidad de calor rechazado en el condensador varía con las condiciones de operación del sistema. Dispositivos de expansión Los dispositivos de expansión tienen una doble función, la de reducir la presión del líquido refrigerante y la de regular el paso de refrigerante a través del evaporador. Entre estos dispositivos se encuentran el tubo capilar, la válvula de expansión manual, la válvula de flotador y la válvula termostática. La localización de estos dispositivos así como sus accesorios resultan de especial importancia ya que de ello dependerá su adecuado funcionamiento. REFRIGERANTES El calor se elimina dentro de un sistema de refrigeración por medio de un refrigerante. Para el hombre son conocidos muchos refrigerantes, de hecho cualquier líquido que hierva una temperatura en alguna parte cercana al punto de congelación del agua, puede enfriar y preservar los alimentos sin embargo un punto de ebullición por debajo del que forma el hielo no es por sí mismo el único aspecto que origina un buen refrigerante. El refrigerante debe tener otras propiedades tales como la falta de toxicidad, además de no ser explosivo ni corrosivo. Con un refrigerante que posea estas y otras características el diseñador y técnico puede proyectar y proporcionar servicio a un refrigerador en que la mayor parte de las piezas estén selladas en contra de la humedad y suciedad y que además se encuentren protegidas de la corrosión. Capacidades de congelación y tiempos de congelación Existen diferentes maneras para congelar alimentos, sin embargo, todas ellas exigen una rápida reducción de la temperatura, sin provocar ningún tipo de pérdida de sabor ni cambio de aspecto y coloración. Resultado que, además, debe ser alcanzado sin afectar la rentabilidad del negocio. Los túneles de congelación son sistemas que permiten extraer el calor de los productos alimenticios en forma rápida hasta su temperatura de almacenamiento. El método de congelación por aire es el más antiguo y el menos costoso en este método el alimento se coloca simplemente en una cámara fría aislada, con una temperatura que generalmente se mantiene en la escala de –23C A –30C. Este método se llama congelación aguda porque cualquier temperatura inferior a –20 C se considera muy baja. El tiempo de congelación, junto con la selección de un adecuado sistema de congelación, es un factor crítico para asegurar la óptima calidad del producto. El tiempo de congelación requerido para un producto establece la capacidad del sistema, además de influir de forma directa en la calidad del mismo. El método utilizado para calcular los tiempos de congelación es decisivo a la hora de seleccionar el sistema de congelación más adecuado para cada producto. En contraste con los congeladores de aire tranquilo, los de corrientes de aire intensas funcionan característicamente a temperaturas entre –29 y –45C con velocidades de aire forzado de 600 a 900 metros por minuto y el proceso de congelación dura aproximadamente 12 horas. -1333531115Los Túneles de Congelación, fabricados con materiales y componentes de alta calidad, garantizan unas condiciones óptimas en los procesos de congelación. Paneles fabricados con poliuretano inyectado entre chapas con acabado lacado blanco interior y skimplate gris exterior. Densidad de 40 Kg/m3 y coeficiente de transmisión de calor de 0,20 / 0,12 Kcal/hm2ºC. Los paneles aislantes de grosores de entre 100 y 150 mm aseguran un óptimo rendimiento térmico y se suministran con revestimiento interior lacado blanco y sintético skimplate gris exterior, revestimiento de alta calidad que ofrece importantes ventajas estéticas, de aislamiento y duración. Gracias al diseño modular de los túneles, se puede aumentar su capacidad o cambiar su configuración de forma fácil. MANIPULACIÓN Y SEGURIDAD Arreglo del producto dentro del sistema congelador. (Mejora de la transferencia del calor) El arreglo del producto dentro del sistema de refrigeración o congelación, depende de la necesidad específica del tipo de comercialización del pollo, si va fresco o congelado, o el pollo entero o en partes, lo que permite a su vez definir la cantidad de energía necesaria para el proceso de enfriamiento y/o congelación del mismo y el almacenamiento. Pechuga Pollo deshuesado congelado en placas La congelación con aire, se puede llevar a cabo en túneles de congelación con vagonetas, en donde el producto es colocado en carritos con charolas o bandejas, estos carritos se hacen circular en el interior del congelador en serie o en paralelo. La velocidad del aire que se logra entre las vagonetas es de 5 a 6 m/s. Otros métodos de congelación incluyen la adición del refrigerante directamente al paquete. Los dos mejores ejemplos conocidos son el nitrógeno líquido y el dióxido de carbón sólido. Aunque estos métodos resultan más costosos que los sistemas convencionales. Existen otros métodos de congelación rápida, dentro de los que se encuentran: La congelación por contacto con placas frías. En este sistema los paquetes de tamaño regular de carne empacada son colocados entre dos placas. Las placas están en contacto directo con los paquetes de carne y el refrigerante circula a través de las placas de tal modo que los paquetes de carne alcanzan una temperatura de –18 °C en aproximadamente 1 ½ horas. Posteriormente los paquetes son colocados en cajas y almacenados a –20 °C. Importancia de la pre-cámara Antecámara definición: local que da acceso a una o varias cámaras frigoríficas, pudiendo estar acondicionada térmicamente. Importancia: es muy importe que exista una antecámara para evitar que haya un salto térmico muy grande entre el aire de la cámara y el aire exterior, y reducir así al máximo las perdidas por renovación de aire. También puede servir para la preparación de pedidos, o recepción de productos cuando se ha de cargar la cámara, y como su temperatura es inferior a la del aire exterior, las pérdidas de temperatura en el género que salga o entre serán menores. Por lo tanto, si la temperatura interior debe ser inferior a la exterior, deberá ir aislada térmicamente, para que las perdidas sean mínimas. CAMARAS DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTO CONGELADO EN LA INDUSTRIA Tipo de producto que se congela Producto: Pollo congelado Marca: Mr. Pollo Cámaras de Almacenamiento Los almacenes frigoríficos son diseñados para mantener la temperatura de los productos y no para remover grandes cantidades de calor latente, por consiguiente los productos deben ser congelados antes de introducirlos en las cámaras de frío. Lo mismo se aplica si los productos están parcialmente congelados o su diferencial de temperatura con la cámara es superior a los 5°C. PRONACA cuenta con 4 cámaras de almacenamiento, cada una con capacidad para 250 toneladas de producto. El pollo almacenado en estas cámaras es aquel que proviene de los túneles de congelación a una temperatura de -24°C. Cada cámara cuenta con 3 evaporadores de 4 ventiladores cada uno, y usa como refrigerante amoniaco. Características de la cámara Dimensiones Largo: 20 m. Ancho: 10 m. Alto: 12 m. Estructura de la cámara Paneles de poliuretano Espesor: 12 cm. Número de Luces 4 luminarias Número de Ventiladores 6 ventiladores de 2 HP cada uno Forma de estibar el producto La empresa cuenta con anaqueles de tres pisos sobre los cuales se colocan los palets que contienen las gavetas con el producto. Cada gaveta contiene 8 pollos de 2,5 kilos cada uno, cada palets tiene 40 gavetas. El espacio entre el evaporador y el último palet es de aproximadamente más de 2 metros. La separación entre palets era de 15 centímetros. Entre la entrada de la cámara y los palets ubicados en el centro de la misma hay un espacio de más de 3 metros. Personal que ingresa a la cámara 4 personas Personal que trabaja en la planta 5813 MANIPULACIÓN Y SEGURIDAD Arreglo de pallets dentro de la cámara. (Estiba para facilitar circulación) Los accesorios interiores de las cámaras frigoríficas son variados y dependen de los productos conservados y de las dimensiones de la cámara fría. Para la conservación de productos congelados empaquetados, la mejor disposición de almacenaje es la de anaqueles que alberguen pallets sobre los que se coloca la carga. Existen una gran variedad de tamaños de pallets, aunque los más normales son los de 1mx1m; 1,2mx1m; 1,5mx1m, 1,8mx1,2m. Generalmente interesa albergar la mayor cantidad de producto posible, principalmente durante la temporada alta de trabajo, con el fin de tener un stock suficiente de cubrir las necesidades e el caso de que falle el suministro alguna vez. Por lo tanto, se utilizaran los pallets de mayores dimensiones aunque sin olvidar las posibilidades de la cámara y dejando pasillos lo suficientemente espaciosos para que puedan maniobrar las carretillas elevadoras. De todas las posibles formas de hace una distribución de anaqueles una solución es la de ubicar en las paredes de la cámara pallets de 1,8mx1,2m, lo cual obliga a colocar anaqueles de 2,7m de luz y 18m de fondo, distanciados e la pared lo suficiente como para que la carga ese separada unos 15cm, como lo exige el Reglamento. Y los 1,8m de fondo permiten albergar pallets de menor dimensión. Los pallets tienen una altura de 15cm, lo que hace cumplir el Reglamento en cuanto a la separación con el suelo y también cumple con la distancia al techo. También el Reglamento exige prever pasillos espaciosos que permitan la maniobrabilidad correcta del personal y maquinas o carretillas de carga, por lo que en el centro de la cámara no se podrán colocar anaqueles para albergar pallets como los anteriores, si no que tendrán que ser más pequeños ya que los pasillos serian un poco más estrechos. La altura máxima de estiba por pallets será de 1m, por lo que la altura entre las barras que soportan los pallets será de 1,25m. Principales problemas que encuentra la industria manteniendo la cadena de frío. Ejemplos Es importante mantener la cadena de frío luego del sacrificio hasta el consumo para evitar problemas de tipo microbiológico. Por esta razón en los cuartos de proceso se debe mantener una temperatura baja pero también cómoda para los operarios. Lo ideal es controlar las variables de humedad y carga microbiana. Para esto existen ciertos equipos que son manejadoras especiales de aire que además de controlar la humedad tienen sistemas de filtrado y luz ultravioleta que mejoran la calidad del aire de estas salas. Cuando el producto se encuentra clasificado y empacado se pueden realizar dos tipos de almacenamiento, uno para corto plazo y otro para largo. Para la refrigeración a corto plazo se utilizan cuartos refrigerados que se mantienen entre 0°C y 2°C. Como el producto está empacado, no es muy crítica la humedad ni la carga bacteriana del aire. A veces el sistema de refrigeración usado para generar hielo o enfriar agua en el proceso sirve también para mantener el aire frío en estos cuartos. En el caso del congelamiento del pollo para almacenarlo a largo plazo, lo mejor es usar sistemas de enfriamiento rápido cuya característica es utilizar temperaturas de aire muy bajas. Con esto se logra que el tiempo de congelamiento del producto sea muy corto y en consecuencia el tamaño de los cristales de hielo en las células del pollo es muy pequeño. quot;
Si los cristales de hielo fueran muy grandes (usando congelación lenta) estos romperían las paredes celulares y en el momento de descongelar el pollo para consumirlo se deshidrataría considerablemente. Por tal motivo el sistema de congelamiento rápido de pollo debe tener temperaturas inferiores a -27°C y velocidades de aire superiores a 5m/s, lo que evita la deshidratación del pollo antes de consumirlo. De igual manera es de vital importancia que la cadena de frío continúe en los camiones de transporte y en el punto de venta, pues el buen proceso en la planta puede perderse si el almacenamiento y traslado del producto no es el adecuado. Ejemplo Caracas, 31 Julio de 2008 El ministro del Poder Popular para la Alimentación, Félix Osorio, aclaró que las 60 toneladas de pollo desechadas el pasado martes en un relleno sanitario de Barinas pertenecen a la cadena comercializadora Makro, la cual presentó una falla en su cadena de frío. quot;
Lamentablemente se perdió esa cantidad de alimentos, pero hay que estar consientes que estamos trabajando con productos perecederos y basta que se rompa la cadena de frío para que se dañenquot;
, explicó el ministro. Asimismo, informó que representantes de la cadena se comunicaron a tempranas horas de la mañana de este jueves con la directiva del Ministerio de Alimentación, para informar sobre el problema. Ante las noticias aparecidas en algunos medios en relación al desecho de productos alimenticios, Makro emitió un comunicado donde informa que el pasado 29 de julio, funcionarios del ministerio realizaron una inspección por el establecimiento de la región y dictaron actas de decomiso a productos dañados, documento en el que se señala que el motivo de la pérdida se debió a una falla en la cadena de frío. Makro aclaró, mediante un comunicado, que se procedió de acuerdo con la Ley y con la sana lógica a desechar las 60 toneladas de pollo, que resultaron dañadas por fallas mecánicas. Tanto el ministro Félix Osorio como la directiva de Makro lamentaron lo ocurrido y anunciaron que ya se tomaron las medidas pertinentes para evitar que fallas eléctricas conduzcan a la pérdida de productos alimenticios. Cálculo de Tiempo de Congelación en el Túnel Datos: Composición del pollo Agua75%Proteína21%Grasa3%Cenizas1% Dimensiones Largo: 0.3 m Ancho: 0.4m Espesor: 0.6 m Temperaturas: Temperatura del ambiente: T = -30°C Temperatura inicial del pollo: Ti = 6°C Temperatura final del pollo: Tf = -24°C Temperatura de congelación del pollo: TA = -2.7°C Determinación de propiedades térmicas Fracción de agua no congelada a -24°C lnXA=τR 1TAO- 1TA lnXA=333.5 KJ/Kg8.314 x 10-3 KJ/molK (0.018Kgmol) 1273K- 1249K lnXA= -0.25 XA=0.77 Fracción de agua no congelada en el producto Pero no tenemos Mb, el cual se puede calcular lnXA=τR 1TAO- 1TA lnXA=333.5 KJ/Kg8.314 x 10-3 KJ/molK (0.018Kgmol) 1273K- 1270.3K lnXA= -0.026 XA=0.974 Fracción de agua en el producto Calculando el valor de MB XA=mAMAmAMA+ mBMB 0.974=75 g18 g/gmol75 g18 g/gmol + 25 gMB 7518=0.974 7518+ 25MB 4.167=4.058+ 24.35MB 0.109= 24.35MB MB=223.39 g/gmol (masa de proteína, grasa y ceniza) Calculando el valor de la masa de agua no congelada XA=mA18 g/gmolmA18 g/gmol+ 25 g223.39 g/gmol=0.77 0.77 mA18g+ 0.086gmol = mA18g/gmol 0.77mA+ 1.55 g= mA 0.77mA- 1mA= -1.548 -0.23 mA= -1.548 mA=6.73 Masa de agua no congelada Masa de hielo: Masa de agua total = Masa agua no congelada + Masa de hielo Mhielo= Mtotal – Mnocongelada Mhielo= 75 g – 6.73 g Mhielo= 68.27 g Nueva composición a -24°C Agua6.73Hielo68.27Proteína21Grasa3Ceniza1 Cálculo de propiedades térmicas a 6°C Calor específico Cp=Cpaguafagua+Cpproteínafproteína+Cpgrasafgrasa+Cpcenizafceniza Cálculo Cp agua Cp = 4.1762 – 9.0864*10-5 T + 5.4731*10-6 T2 Cp = 4.1762 – 9.0864*10-5 (6) + 5.4731*10-6 (62) Cp = 4.176 KJ/kg°C Cálculo Cp proteína Cp = 2.0082 + 1.2089*10-3 T – 1.3129*10-6 T2 Cp = 2.0082 + 1.2089*10-3 (6) – 1.3129*10-6 (62) Cp = 2.015 KJ/kg°C Cálculo Cp grasa Cp = 1.9842 + 1.4733*10-3 T – 4.8008*10-6 T2 Cp = 1.9842 + 1.4733*10-3 (6) – 4.8008*10-6 (62) Cp = 1.993 KJ/kg°C Cálculo Cp ceniza Cp = 1.0926 + 1.8896*10-3 T – 3.6817*10-6 T2 Cp = 1.0926 + 1.8896*10-3 (6) – 3.6817*10-6 (62) Cp = 1.104 KJ/kg°C Cp = (4.176 KJ/kg°C)(0.75) + (2.015 KJ/kg°C)(0.21) + (1.993 KJ/kg°C)(0.03) + (1.104 KJ/kg°C)(0.001) Cp = 3.625 KJ/kg°C Densidad 1ρ=faguaρagua+fproteínaρproteína+fgrasaρgrasa+fcenizaρceniza Cálculo ρ agua ρ = 997.18 + 3.1439*10-3 T – 3.7574*10-3 T2 ρ = 997.18 + 3.1439*10-3 (6) – 3.7574*10-3 (62) ρ = 997.1 kg/m3 Cálculo ρ proteína ρ = 1.3299*10-3 – 0.51840 T ρ = 1.3299*10-3 – 0.51840 (6) ρ = 1326.8 kg/m3 Cálculo ρ grasa ρ = 9.2559*102 – 0.41757 T ρ = 9.2559*102 – 0.41757 (6) ρ = 923.1 kg/m3 Cálculo ρ ceniza ρ = 2.4238*103 – 0.28063 T ρ = 2.4238*103 – 0.28063 (6) ρ = 2422.1 kg/m3 1ρ=0.75997.1+0.211326.8+0.03923.1+0.0012422.1 ρ=1055.87 kg/m3 Conductividad térmica K=Kaguafagua+Kproteínafproteína+Kgrasafgrasa+Kcenizafceniza Cálculo K agua K = 0.57109 + 1.7625*10-3 T – 6.7036*10-6 T2 K = 0.57109 + 1.7625*10-3 T – 6.7036*10-6 (62) K = 0.5814 W/m°C Cálculo K proteína K = 0.17881 + 1.1958*10-3 T – 2.7178*10-6 T2 K = 0.17881 + 1.1958*10-3 (6) – 2.7178*10-6 (62) K = 0.1859 W/m°C Cálculo K grasa K = 0.18071 + 2.7604*10-3 T – 1.7749*10-7 T2 K = 0.18071 + 2.7604*10-3 (6) – 1.7749*10-7 (62) K = 0.1973 W/m°C Cálculo K ceniza K = 0.32962 + 1.4011*10-3 T – 2.9069*10-6 T2 K = 0.32962 + 1.4011*10-3 (6) – 2.9069*10-6 (62) K = 0.3381 W/m°C K = (0.5814 W/m°C)(0.75) + (0.1859 W/m°C)(0.21) + (0.1973 W/m°C)(0.03) + (0.3381 W/m°C)(0.01) K = 0.4844 W/m°C Cálculo de propiedades térmicas a -24°C Calor específico Cp=Cpaguafagua+Cphielofhielo+Cpproteínafproteína+Cpgrasafgrasa+Cpcenizafceniza Cp prod=0.0673 4.7823+ 0.68271.9164+0.2101.9784+0.0301.9460+0.0101.0451 Cp prod=2.11 KJ/KgºC Densidad 1ρ=faguaρagua+fhieloρhielo+fproteínaρproteína+fgrasaρgrasa+fcenizaρceniza 1ρprod= 0.0673994.94+0.6827920.03+0.2101342.34+0.0102430.53+0.030935.61 ρ prod=997.79 Kgm3 Conductividad térmica K=Kaguafagua+Khielofhielo+Kproteínafproteína+Kgrasafgrasa+Kcenizafceniza k prod=0.06730.5249+0.68272.43+0.210.1485+0.0100.2943+0.030.1143 k prod=1.9126WmºC Propiedades Térmicas de la Composición de Pollo a 6°C Cp (KJ/Kg C)K (W/m C)ρ (Kg / m3)Agua4.1750.5745997.1Proteina2.0150.18121328.8Grasa1.9930.1752923.1Ceniza 1.1040.33242422.1 Propiedades Térmicas de la Composición de Pollo a -24°C Cp (KJ/Kg C)K (W/m C)ρ (Kg / m3)Agua4.78230.52493994.94Hielo1.91642.4300920.03Ceniza1.04510.29432430.53Grasa1.94600.1143935.61Proteina1.97840.14851342.34 Tiempo de Congelación Determinación de números adimensionales Número de Biot Bi=hLK=22Wm2K(0.2m)1.9126WmºC=2.3 Número de Stephan Ste=Cp prod cong (Tf-T∞)∆H Ste= 2.11KJKgºC -2.7+30ºC227.68 KJ/kg=0.25 Ste=0.25 Número de Plank Pk=Cpno congelado(Ti-TA)∆Hm Pk=3.625KJkg°C6+2.7°C227.68 KJ/kg Pk=0.139 Determinación P y R P=0.5072+0.2018Pk+Ste (0.3224 Pk+0.0105Bi+0.0681) P=0.5072+0.20180.139+(0.25) (0.3224(0.139)+0.01052.3+0.0681) P = 0.5646 R=0.1684+Ste0.2740 Pk-0.0135 R=0.1684+(0.25)0.2740 (0.139)-0.0135 R = 0.1745 Determinación del tiempo en placa plana Número de Fourier Fo=0.564612.3*(0.25)+ 0.1745 10.25 Fo=1.68 Cálculo de tpp α= KCpρ α= 1.9126Wm°C2110 Jkg°C(997.79 kg/m3) α= 9.8*10-7 m2/s tpp= FoL2α tpp= (1.68)(0.22)m29.8*10-7 m2/s tpp=68571.42 s ≈19.05 horas Determinación del tiempo de geometría finita t real= t placa planaE E=1+1+2BiB12+2B1Bi+1+2BiB22+2B2Bi β1=0.60.2=3 β2=0.40.2=2 E=1+1+22.332+2(3)2.3+1+22.322+2(2)2.3 E = 1.45 treal= 19.051.45=13.14 horas Cálculo de Carga en el Túnel Calor sensible 1 Qs1=m Cp ∆T Qs1=20000 Kg 3.56KJKg°C6-0°C12 horas* 3600 s1 hora Qs1=9.88KW Calor latente QL=20000 Kg(0.75) 333.5 KJ/Kg12 horas* 3600 s1 hora QL=115.8 KW Calor sensible 2 Qs2=m Cp ∆T Qs2=20000Kg1.97KJ/°C0+24°C12 horas* 3600 s1 hora Qs2=21.88 KW Q producto = Qs1 + Ql +Qs2 Q producto = (9.88+115.8+21.88) KW = 147.56 KW Qembalaje = Qpallets + Qgavetas Qpallets= m*Cp*∆T 8 pollos * 2.5 Kg c/pollo= 20 Kg de pollo en una gaveta 20 Kg 1 gaveta 20000 Kg x X= 1000 gavetas x = 1000 gaveta/40 gaveta por cada pallets= 25 pallets mpallets= (25 * 22 kg) = 550 Kg Qpallets = 550 kg1.9 KJkgºC-24-6ºC(12 horas*3600 s1 hora) = 0.73 KW Qgavetas= m*Cp*∆T Mgavetas= (1000 * 2 kg) = 2000 kg Qgavetas= 2000 kg1.9 KJkgºC-24-6ºC(12 horas*3600 s1 hora) = 2.64 KW Qembalaje= 0.73 KW + 2.64 KW = 3.37KW Qtotal producto = 147.56 KW + 3.37 KW = 150.93 KW 150.93 100% X 20% X = 30.19 KW Qtotal= 150.93 KW + 30.19 KW = 181.12 KW Sobrediseño 10% = (181.12*1.1) = 199.23 KW = 199.23 KW x 1 ton ref3.51 KW = 56.76 ton refrigeración (CAP) POTENCIA DEL COMPRESOR R-717 Temperatura del evaporador = -35°C Temperatura del condensador = 35°C H1= 334 Kcal/Kg H2 = 427 Kcal/ Kg H3, H4= 77 Kcal/Kg Qa=H1-H4 Qa=334-77 Qa=257 Kcal/Kg W=H2-H1 W=427-334 W=93 Kcal/Kg Cap= 56.76 ton de ref*3024 Kcal/h1 ton de ref*1 h3600 s Cap=47.68 Kcal/s Flujo masico=CapQa Flujo masico=47.68 kcal/s257 Kcal/kg=0,19 Kg/s Potencia=m*w Potencia=(0,19kgs*93 kcalkg)=17.67 Kcal/s 17.67 Kcals* 4,18 KJ1 Kcal*1 HP0,7456 KW=99.06 HP Cálculo de Carga en la Cámara de Almacenamiento Datos: Masa del producto: 250 toneladas 40 gavetas por cada pallets, cada gaveta contiene 8 pollos de 2.5 kilos cada pollo Tiempo: 168 horas Peso pallets: 10 kg Peso gavetas: 2 kg 20% otras fuentes Qtotal= Qproducto + Qembalaje Qproducto= m*Cp*∆T = 250000 kg3.56KJkgºC-18+8ºC(168 horas*3600 s1 hora) = 14.71 KW Qembalaje = Qpallets + Qgavetas Qpallets= m*Cp*∆T 8 pollos * 2.5 Kg c/pollo= 20 Kg de pollo en una gaveta 20 Kg 1 gaveta 250000 Kg x X= 12500 gavetas x = 12500 gaveta/40 gaveta por cada pallets= 312.5 = 313 pallets mpallets= (313 * 22 kg) = 6886 Kg Qpallets = 6886 kg1.9 KJkgºC-18+8ºC(168 horas*3600 s1 hora) = 0.22 KW Qgavetas= m*Cp*∆T Mgavetas= (12500 * 2 kg) = 25000 kg Qgavetas= 25000 kg1.9 KJkgºC-18+8ºC(168 horas*3600 s1 hora) = 7.85 KW Qembalaje= 0.22 KW + 7.85 KW = 8.07KW Qotras estructuras = 1%( Qproducto+ Qembalaje) Qotras estructuras = 1%( 14.71+8.07) KW = 0.23 KW Qtotal producto = (14.71 + 8.07 + 0.23) KW = 23.01 Kw 23.01 100% X 20% X = 4.6 KW Qtotal= 23.01 KW + 4.6 KW = 27.61 KW Sobrediseño 10% = (317.62*1.1) = 30.37 KW = 30.37 KW x 1 ton ref3.51 KW = 8.65 ton refrigeración (CAP) POTENCIA DE LOS COMPRESORES R-717 Temperatura del evaporador = -23°C Temperatura del condensador = 35°C H1= 338 Kcal/Kg H2 = 415 Kcal/ Kg H3= 82 Kcal/Kg H4 = 82 Kcal/Kg Qa=H1-H4 Qa=338-82 Qa=256 Kcal/Kg W=H2-H1 W=415-338 W=77 Kcal/Kg Cap= 8,65 ton de ref*3024 Kcal/h1 ton de ref*1 h3600 s Cap=7,27 Kcal/s Flujo masico=CapQa Flujo masico=7,27 kcal/s256 Kcal/kg=0,03 Kg/s Potencia=m*w Potencia=(0,03kgs*77kcalkg)=2,31 Kcal/s 2,31 Kcals* 4,18 KJ1 Kcal*1 HP0,7456 KW=12,95 HP CONCLUSIONES Según los cálculos realizados, el tiempo que llevaría congelar el producto terminado (pollo) es de 13.14 horas, sin embargo de acuerdo a la información entregada por la empresa el tiempo en que se lleva a cabo la congelación es menor, siendo 12 horas, esta diferencia puede haberse dado por los datos que asumimos en cuanto a la composición del producto y el llenado de las gavetas. La potencia calculada del compresor que se emplea en el túnel de congelación fue de 99.06 HP, siendo menor a la potencia que es utilizada por el compresor de pistón la cual es 125 HP. Estas diferencias se dan a que no se cuenta con las características del túnel en el que se da el proceso, así como con información acerca del embalaje, todas estas variables han sido asumidas, principalmente las de otras fuentes, las cuales se calculan como un 20% del calor del producto y embalaje. La cámara de almacenamiento contaba con un compresor de tornillo, el cual tenía una potencia de 150 HP, pero este compresor es usado para las cuatro cámaras y para los demás cuartos refrigerados es por esto que la potencia que se obtuvo es de 12.95 HP por cada cámara lo que en total sería 51.8 HP. Esta potencia es tomada del compresor de tornillo. Cabe recalcar que la empresa contaba con un sistema de congelación y refrigeración muy complejo y unificado, lo que quiere decir que empleaban varios compresores para poder cumplir con las necesidades de todas las cámaras y los túneles, sin embargo las comparaciones son realizadas en base a los datos facilitados durante la visita. Es importante tener en cuenta que para un correcto funcionamiento tanto de las cámaras como de los túneles, no se debe de colocar una mayor cantidad de producto que la establecida en el diseño, sin importar que el espacio físico lo permita y que se considere un 10% de sobrediseño. El correcto estibado de los productos en las cámaras es de suma importancia, puesto que si no se deja los espacios necesarios entre los pallets el aire no podrá circular de manera uniforme entre ellos, deberán permitir también el libre movimiento de las personas y en este caso de los montacargas; además se debe dejar un espacio entre el más alto de los arreglos y el evaporador para que el aire frio pueda circular libremente en toda la cámara. El poder observar de manera real el funcionamiento de un sistema de congelación y su aplicación en la industria fue de suma importancia, ya que nos permitió entender de una manera más didáctica acerca de todos los equipos y demás implementos necesarios para el mismo, así como ver cuán importante puede llegar a ser el uso de este tipo de sistemas de acondicionamiento para poder entregar al consumidor un producto en excelentes condiciones sanitarias y de calidad. Durante la visita nos pudimos dar cuenta que la empresa posee una infraestructura adecuada para la congelación y almacenamiento de sus productos, es así que cuenta con sistemas avanzados y satisface con todos los requerimientos que debería tener cualquier sistema de congelación. Nos dimos cuenta que el prestigio con el que cuenta la empresa es totalmente merecido, ya que proporcionan productos seguros, en los cuales se mantiene la inocuidad desde el momento de su recepción hasta el transporte en camiones isotérmicos a los respectivos puntos de venta. 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