DIMENSIONAMIENTO DE TÚNELES Y CÁMARAS DE CONGELACIÓN

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Jesús Medina Botella
hace 7 años
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1 UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL) / Asignatura : Ingeniería de Servicios (ITCL 286). Profesor : Elton F. Morales Blancas. DIMENSIONAMIENTO DE TÚNELES Y CÁMARAS DE CONGELACIÓN Túnel de congelación. El túnel lineal de congelación de aire forzado ROSS modelo BCLII (Ross Industries Inc, Midland, Virginia, USA), (Figura 9) de 5 módulos implementado con 1 ventilador por modulo. La potencia de los ventiladores de cada evaporador es 3.0 KW. El túnel consta de una cinta de acero inoxidable que circula en 3 niveles con un largo total de 36 m. y 65 cm de ancho. La altura del túnel es 3 m. El túnel consta con un equipo para producir frío alimentado con Amoníaco NH 3 y tiene una Capacidad de Refrigeración efectiva para los evaporadores de los 5 módulos de 200 kw. El Túnel de congelación se encuentra dentro de una facilidad frigorífica que se mantiene a 5ºC aproximadamente. Todas las paredes del congelador, incluyendo el piso y techo, tienen 200 mm de paneles de poliestireno (K = 0,035 W/m K). Sobre las paredes externas del congelador sólo existe convección natural, y sobre los lados internos se tiene una velocidad de 3.5 m/s. En la etapa de Congelación se logra reducir la temperatura del producto formado mediante la aplicación de un proceso de congelación por aire forzado. Las unidades deben ingresar en forma continua al túnel de congelación dispuestos en la cinta transportadora de acero inoxidable como se muestra en la Figura 2. La temperatura inicial promedio y final de cada producto se indica en la tabla, y la temperatura del aire debe ser -40 ºC. El valor del coeficiente convectivo de transferencia de calor (h) promedio resultó 40 W/m 2 K. CUADRO Estimación de la carga de calor para el túnel. Carga térmica (kw) (%) Producto 184,3 92,15 Paredes, techos y pisos 0,6957 0,35 ventiladores 15 7,5 Total Carga Térmica

CAPACIDAD FISICATUNEL SEGÚN PRODUCTO Y TEMPERATURAS Producto Arvejas T 0 (ºC) 15 T f (ºC) -18 Capacidad fisica (kg/hr) 1235,78 Capacidad Relativa (%) 100 Capacidad máxima (kg/hr) 2128,33 1 1309,45

2 CAPACIDAD FISICATUNEL SEGÚN PRODUCTO Y TEMPERATURAS Producto Arvejas T 0 (ºC) 15 T f (ºC) -18 Capacidad fisica (kg/hr) 1235,78 Capacidad Relativa (%) 100 Capacidad máxima (kg/hr) 2128, ,45 106,0 2397,46 Choclo d = 8 10 mm ,75 87,0 1798,60 d = 3 10 mm Zanahoria (rodajas) ,57 64,3 1855,83 (d= 20 m, H=6 mm) Zanahoria (cubo) ,49 147,1 1729,15 (lado = 10 mm) Zanahoria (Baby carrot) ,44 82,8 1903,70 (d= 20 mm, H =50 mm) Papas (french fried 1) ,26 61,4 2158,45 (5 x 5 x 60 mm) Papas (french fried 2) ,38 57,2 1800,59 (10 x 10 x 60 mm)

3 Cámara de almacenamiento de productos congelados. La cámara de almacenamiento de productos congelados de la planta tiene las siguientes dimensiones: 18 m de largo, 16 m de ancho y 6 m de alto. La misma consta de un equipo generador de frío alimentado con Amoniaco. La fuente de frío de la cámara frigorífica son dos evaporadores GRAM modelo LFA-315-C/D (BrØdene Gram A/S, Vojens, Dinamarca) que permiten alcanzar una Capacidad de Refrigeración (C.R.) de 120 kw, las cuales mantienen una temperatura ambiente de aproximadamente ºC y un diferencial de termostato que permite la variación de la temperatura en ±1 ºC. El aire interno de la cámara es enfriado al pasar a través del evaporador y luego es impulsado por los ventiladores axiales. Los ciclos de deshielo de los evaporadores se realizan por gas refrigerante a alta presión (6 Bar) cada 4 horas por 30 min. CALCULAR LA MASA DE PRODUCTO MÁXIMA PARA CADA PRODUCTO PROVENIENTE DEL TÚNEL QUE PUEDE INGRESAR A LA CÁMARA en 24 horas suponiendo que se procesa solamente un producto a la vez. Datos Cámara de Congelación Dimensiones cámara: Alto 6 m Ancho 16 m Largo 18 m T e (paredes expuestas al sol) 45 ºC T e (pared que da a la planta) 4 ºC T i (aire interior cámara) ºC velocidad aire, v 1 (a 2 m del piso) 0,37 m/s velocidad aire, v 2 (frente al evaporador) 3,01 m/s L 1 (aislación poliestireno) (paredes, techo y piso) 0,15 m L 2 (hormigón pobre) (solo piso) 0,03 m L 3 (Losa) (solo piso) 0,15 m

4 Carga de calor para la cámara frigorífica. Carga térmica (kw) (%) Producto 54,66 45,55 Paredes, techos y pisos 7,58 6,32 Intercambio de aire 28,74 23,95 Lámparas de luces 2 1,67 Operarios 1,67 1,39 Dispositivos mecánicos 3 2,5 Ventiladores 9 7,5 Descongelamiento del evaporador 13,35 11,12 Total Carga Térmica

5 Transmisión de calor por paredes (Q W ), techo (Q C ) y piso (Q fl ) Q t = Q W + Q C + Q fl 3,216 kw Transmisión de calor por paredes (Q W ) Q W 3,216 kw U W 0,1404 W/m 2 ºC L 1 (poliestireno) 0,20 m k 1 (poliestireno) 0,03 W/m ºC velocidad aire (interior cámara), v 1 0,37 m/s h i (7.3v ) 3,2952 W/m 2 ºC h e (convección natural) 6,5 W/m 2 ºC Dimensiones cámara: Alto 6 m Ancho 16 m Largo 18 m A w pared 1 (al sol) 108 m 2 A w pared 2 (al sol) 96 m 2 A w pared 3 (al sol) 96 m 2 A w pared 4 (da a la planta ) 108 m 2 T e (paredes expuestas al sol) 45 ºC T e (pared que da a la planta) 4 ºC T i (aire interior cámara) ºC Q W paredes al sol 2,8215 kw Q W pared da a planta 0,3942 kw

6 Transmisión de calor por el techo (Q C ) Q C 2,806 kw U C 0,1454 W/m 2 ºC L 1 (poliestireno) 0,20 m k 1 (poliestireno) 0,03 W/m ºC velocidad aire (interior cámara), v 2 3,01 m/s h i (7.3v ) 17,64 W/m 2 ºC h e (convección natural) 6.5 W/m 2 ºC Dimensiones techo Largo 18 m Ancho 16 m A C 288 m 2 T e 45 ºC T i ºC Transmisión de calor por el piso (Q fl ). Q fl 1,558 kw U fl 0,1803 W/m 2 ºC L 1 (aislación poliestireno) 0,15 m K 1 (aislación poliestireno) 0,03 W/m ºC L 2 (hormigón pobre) 0,03 m K 2 (hormigón pobre) 0,40 W/m ºC L 3 (Losa) 0,15 m K 3 (Losa) 0,90 W/m K velocidad aire (interior cámara), v m/s h i (7.3v ) 3,2952 W/m 2 ºC Dimensiones piso Largo 18 m Ancho 16 m A fl 288 m 2 T e (debajo del piso) 8 ºC T i ºC

7 Carga de calor por intercambio de aire al abrir la puerta (Q i ). Q i 28,74 kw Dimensiones puerta - - ancho 2,2 m alto 2,7 m Área puerta 5,94 m 2 Tiempo abertura puerta 6 h Tiempo operación cámara 24 h Determinación de v del aire h (alto) 2,7 m ρ s (aire frío en la cámara, ºC) 1,41 kg/m³ ρ e (aire externo, 4 ºC) 1,284 kg/m³ v ( velocidad aire que ingresa al abrir la puerta) 1,05 m/s v (reducción 15 % por cortinas de plástico) m/s h e ( 4 ºC, 45% H.R. ) 109,5 kj/kg h s ( ºC, 40% H.R.) 78,75 kj/kg Carga de calor aportada por las luces encendidas (Q l ). Q l 2 kw Contribución de calor (potencia) por unidad 0,4 kw Número de luces 5 - Tiempo de uso (encendidas) 24 h Tiempo operación cámara 24 h Carga de calor aportada por la gente (Q pe ). Q pe 1,67 kw Contribución calor por persona 0,50 kw Número personas 8 - Horas de trabajo en la cámara 10 h Tiempo operación cámara 24 h

8 Carga de calor aportada por los dispositivos mecánicos (Q m ). Q m 3 kw Contribución calor por unidad 3,0 kw Número de dispositivos 4 - Tiempo de uso 6 h Tiempo operación cámara 24 h Eficiencia del motor 0,85 - Carga de calor aportada por los ventiladores del evaporador (Q v ). Q v 9 kw Unidades 6 - Potencia por unidad 1,5 kw Descongelamiento del evaporador (Q ev ) Q ev 13,35 kw

9 CANTIDAD DE PRODUCTO QUE PUEDE INGRESAR A LA CÁMARA DE CONGELACIÓN PRODUCTO ARVEJAS d = 8 10 mm CHOCLO d = 3 10 mm Qp (kw) T f (ºC) 54,66-18 T oo (ºC) Tiempo congelación en cámara (s) [h = 20 W/m 2 K, T f = -21,9 ºC] 1104,4 0 M máx (kg) 3806,6 ~ Capacidad Física 54, , ,8 ZANAHORIAS Rodaja (d= 20 m, H=6 mm) 54, , ,1 Cubo (lado 10 mm) , ,4 Baby carrot (d= 20 mm, H =50 mm) 0 ~ Capacidad Física PAPAS french fried 1 (5 x 5 x 60 mm) 54, , ,1 french fried 2 (10 x 10 x 60 mm) , ,8

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