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UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
/
Asignatura
Profesor
: Ingeniería de Servicios (ITCL 286).
: 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 NH3 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/m2K.
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
200
100
CAPACIDAD FISICATUNEL SEGÚN PRODUCTO Y TEMPERATURAS
Producto
Arvejas
T0
(ºC)
Tf
(ºC)
-18
Capacidad
fisica
(kg/hr)
1235,78
Capacidad
Relativa
(%)
100
Capacidad
máxima
(kg/hr)
2128,33
15
1
-22
1309,45
106,0
2397,46
25
-20
1074,75
87,0
1798,60
10
-18
794,57
64,3
1855,83
15
-20
1817,49
147,1
1729,15
5
-22
1023,44
82,8
1903,70
15
-18
758,26
61,4
2158,45
20
-20
706,38
57,2
1800,59
d = 8 – 10 mm
Choclo
d = 3 – 10 mm
Zanahoria (rodajas)
(d= 20 m, H=6 mm)
Zanahoria (cubo)
(lado = 10 mm)
Zanahoria (Baby carrot)
(d= 20 mm, H =50 mm)
Papas (french fried 1)
(5 x 5 x 60 mm)
Papas (french fried 2)
(10 x 10 x 60 mm)
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 -22 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
Item
Dimensiones cámara:
Magnitud
Unidad
Alto
6
m
Ancho
16
Largo
18
m
m
Te (paredes expuestas al sol)
45
ºC
Te (pared que da a la planta)
4
ºC
Ti (aire interior cámara)
-22
ºC
velocidad aire, v1 (a 2 m del piso)
0,37
m/s
velocidad aire, v2 (frente al evaporador)
3,01
m/s
L1 (aislación poliestireno) (paredes, techo y piso)
0,15
m
L2 (hormigón pobre) (solo piso)
0,03
m
L3 (Losa) (solo piso)
0,15
m
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
1,67
1,39
Dispositivos mecánicos
3
2,5
Ventiladores
9
7,5
13,35
11,12
120
100
Operarios
Descongelamiento del evaporador
Total Carga Térmica
Transmisión de calor por paredes (QW), techo (QC) y piso (Qfl)
Item
Magnitud
Unidad
3,216
kW
Magnitud
Unidad
QW
3,216
kW
UW
0,1404
W/m2 ºC
L1 (poliestireno)
0,20
m
k1 (poliestireno)
0,03
W/m ºC
velocidad aire (interior cámara), v1
0,37
m/s
3,2952
W/m2 ºC
6,5
W/m2 ºC
Alto
6
m
Ancho
16
Largo
18
m
m
Qt = QW + QC + Qfl
Transmisión de calor por paredes (QW)
Item
hi (7.3v10.8)
he (convección natural)
Dimensiones cámara:
Aw pared 1 (al sol)
108
m2
Aw pared 2 (al sol)
96
m2
Aw pared 3 (al sol)
96
m2
Aw pared 4 (da a la planta )
108
m2
Te (paredes expuestas al sol)
45
ºC
Te (pared que da a la planta)
4
ºC
-22
ºC
QW paredes al sol
2,8215
kW
QW pared da a planta
0,3942
kW
Ti (aire interior cámara)
Transmisión de calor por el techo (QC)
Item
Magnitud
Unidad
QC
2,806
kW
UC
0,1454
W/m2 ºC
L1 (poliestireno)
0,20
m
k1 (poliestireno)
0,03
W/m ºC
velocidad aire (interior cámara), v2
3,01
m/s
hi (7.3v20.8)
17,64
W/m2 ºC
6.5
W/m2 ºC
Largo
18
m
Ancho
16
m
AC
288
m2
Te
45
ºC
Ti
-22
ºC
Magnitud
Unidad
Qfl
1,558
kW
Ufl
0,1803
W/m2 ºC
L1 (aislación poliestireno)
0,15
m
K1 (aislación poliestireno)
0,03
W/m ºC
L2 (hormigón pobre)
0,03
m
K2 (hormigón pobre)
0,40
W/m ºC
L3 (Losa)
0,15
m
K3 (Losa)
0,90
W/m K
velocidad aire (interior cámara), v1
0.37
m/s
3,2952
W/m2 ºC
Largo
18
m
Ancho
16
m
288
m2
8
ºC
-22
ºC
he (convección natural)
Dimensiones techo
Transmisión de calor por el piso (Qfl).
Item
hi (7.3v10.8)
Dimensiones piso
Afl
Te (debajo del piso)
Ti
Carga de calor por intercambio de aire al abrir la puerta (Qi).
Item
Magnitud
Unidad
28,74
kW
-
-
ancho
2,2
m
alto
2,7
m
Área puerta
5,94
m2
Tiempo abertura puerta
6
h
Tiempo operación cámara
24
h
2,7
m
ρs (aire frío en la cámara, -22 ºC)
1,41
kg/m³
ρe (aire externo, 4 ºC)
v ( velocidad aire que ingresa al abrir la puerta)
1,284
1,05
kg/m³
m/s
v (reducción 15 % por cortinas de plástico)
0.8925
m/s
he ( 4 ºC, 45% H.R. )
109,5
kJ/kg
hs ( -22 ºC, 40% H.R.)
78,75
kJ/kg
Magnitud
Unidad
2
kW
0,4
kW
Número de luces
5
-
Tiempo de uso (encendidas)
24
h
Tiempo operación cámara
24
h
Item
Magnitud
Unidad
Qpe
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
Qi
Dimensiones puerta
Determinación de v del aire
h (alto)
Carga de calor aportada por las luces encendidas (Ql).
Item
Ql
Contribución de calor (potencia) por unidad
Carga de calor aportada por la gente (Qpe).
Carga de calor aportada por los dispositivos mecánicos (Qm).
Item
Magnitud
Unidad
3
kW
3,0
kW
Número de dispositivos
4
-
Tiempo de uso
6
h
Tiempo operación cámara
24
h
0,85
-
Qm
Contribución calor por unidad
Eficiencia del motor
Carga de calor aportada por los ventiladores del evaporador (Qv).
Item
Magnitud
Unidad
Qv
9
kW
Unidades
6
-
1,5
kW
Item
Magnitud
Unidad
Qev
13,35
kW
Potencia por unidad
Descongelamiento del evaporador (Qev)
CANTIDAD DE PRODUCTO QUE PUEDE INGRESAR A LA CÁMARA DE CONGELACIÓN
PRODUCTO
Qp (kW)
Tf
(ºC)
Too
(ºC)
Tiempo congelación
en cámara (s)
[h = 20 W/m2 K,
Tf = -21,9 ºC]
M máx (kg)
ARVEJAS
-18
-22
1104,4
3806,6
-22
-22
0
~ Capacidad
Física
54,66
-20
-22
823,67
6375,8
54,66
-18
-22
953,74
4461,1
Cubo (lado 10 mm)
-20
-22
666,44
6459,4
Baby carrot (d= 20 mm, H =50
-22
-22
0
-18
-22
1383,36
10455,1
-20
-22
2125,58
17693,8
d = 8 – 10 mm
54,66
CHOCLO
d = 3 – 10 mm
ZANAHORIAS
Rodaja (d= 20 m, H=6 mm)
mm)
~ Capacidad
Física
PAPAS
french fried 1
54,66
(5 x 5 x 60 mm)
french fried 2
(10 x 10 x 60 mm)