Transporte de mercancías perecederas en contenedor frigorífico

TRANSPORTE DE MERCANCÍAS PERECEDERAS EN CONTENEDOR FRIGORÍFICO Trabajo Final de Carrera Facultat de Nàutica de Barcelona Universitat Politècnica de Catalunya Trabajo realizado por: Josep Oriol Rovira Monge Dirigido por: Ignacio Echevarrieta Sazatornil Diplomatura en Máquinas Navales Barcelona, 12 de Abril de 2015 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 1 de 61 ÍNDICE DE CONTENIDOS: ÍNDICE FIGURAS .............................................................................................................................................................................................................. 3 ÍNDICE TABLAS ................................................................................................................................................................................................................ 3 ÍNDICE FOTOGRAFÍAS .................................................................................................................................................................................................... 4 ÍNDICE GRÁFICAS ........................................................................................................................................................................................................... 4 ÍNDICE ECUACIONES ...................................................................................................................................................................................................... 4 1 INTRODUCCIÓN: EL TRANSPORTE MARÍTIMO FRIGORÍFICO ......................................................................................................................... 5 2 CONTENEDOR FRIGORÍFICO PORTHOLE .......................................................................................................................................................... 5 2.1 DEFINICIÓN ............................................................................................................................................................................................................ 5 2.2 SUMINISTRO AIRE FRÍO EN BUQUES ................................................................................................................................................................. 6 2.3 SUMINISTRO AIRE FRÍO EN TERMINALES ......................................................................................................................................................... 8 2.4 SUMNISITRO AIRE FRÍO EN CAMIONES / TRENES ........................................................................................................................................... 9 3 CONTENEDORES FRIGORÍFICOS INTEGRALES .............................................................................................................................................. 10 3.1 DEFINICIÓN .......................................................................................................................................................................................................... 10 3.2 FUNCIONAMIENTO DE UN CONTENEDOR FRIGORÍFICO INTEGRAL............................................................................................................ 10 3.3 COMPONENTES ................................................................................................................................................................................................... 12 3.3.1 REFRIGERANTES: .......................................................................................................................................................................................... 15 3.3.2 COMPRESORES ............................................................................................................................................................................................. 17 3.3.3 CONTROLADORES. ........................................................................................................................................................................................ 17 3.3.3.1 FUNCIÓN DE MERCANCÍA CONGELADA O BAJAS TEMPERATURAS................................................................................................. 18 3.3.3.2 FUNCIÓN MERCANCÍA FRESCA O FRÍO ................................................................................................................................................ 18 3.3.3.3 FUNCIÓN DE DESCONGELAR ................................................................................................................................................................. 18 3.3.3.4 FUNCIONES ESPECIALES DE AHORRO ................................................................................................................................................. 19 3.4 SISTEMA DE REGISTRO DE TEMPERATURAS ................................................................................................................................................. 19 3.5 SISTEMAS REMOTOS DE CONTROL ................................................................................................................................................................. 20 3.5.1 SISTEMAS DISPONIBLES .............................................................................................................................................................................. 20 3.5.2 CONTROL DE CUATRO CABLES “4WIRE” .................................................................................................................................................... 21 3.5.3 TRANSMISIÓN POR CABLE DE POTÉNCIA.................................................................................................................................................. 22 3.5.3.1 BANDA ESTRECHA ................................................................................................................................................................................... 24 3.5.3.2 BANDA ANCHA .......................................................................................................................................................................................... 24 3.5.3.3 STANDARD ISO 10368 ............................................................................................................................................................................. 24 3.6 CAJA -ESTRUCTURA ........................................................................................................................................................................................... 26 4 DURANTE EL TRANSPORTE ............................................................................................................................................................................... 27 4.1. SUMINISTRO DE ENERGÍA ............................................................................................................................................................................ 27 4.1.1. ISO 1496-2 ....................................................................................................................................................................................................... 27 4.1.2. CONSUMO DE ELECTRICIDAD REAL ........................................................................................................................................................... 28 4.1.3. A BORDO ......................................................................................................................................................................................................... 28 4.1.4. EN TIERRA ....................................................................................................................................................................................................... 29 4.1.5. TRASNPORTE POR CARRETERA O FERROCARRIL .................................................................................................................................. 29 4.2. CONDICIONES AMBIENTALES ...................................................................................................................................................................... 30 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 2 de 61 4.3. DISIPACIÓN DE CALOR ................................................................................................................................................................................. 31 4.3.1. CALOR DISIPADO POR EL CONTENEDOR .................................................................................................................................................. 31 4.3.2. DISIPACIÓN DE CALOR TRASNPORTANDO CONTENEDORES REFRIGERADOS EN BAJO CUBIERTA .............................................. 32 4.3.2.1. PROCESO DE DISIPACION DEL CALOR ................................................................................................................................................. 32 4.3.2.2. DISISPACION DE CALOR POR AIRE ....................................................................................................................................................... 33 4.3.2.3. DISIPACION DE CALOR POR AIRE FRIO DE RETORNO ....................................................................................................................... 34 4.3.2.4. DISIPACIÓN DE CALOR POR AGUA ........................................................................................................................................................ 35 4.3.2.5. DISIPACIÓN DE CALOR POR EVAPORACION ........................................................................................................................................ 35 4.4. CIRCULACIÓN DE AIRE Y SU REGULACIÓN ............................................................................................................................................... 36 4.4.1. SISTEMAS DE REGISTRO DE TEMPERATURAS ......................................................................................................................................... 37 4.4.1.1. DISCO DE REGISTRO DE TEMPERATURA ............................................................................................................................................. 38 4.4.1.2. DATA-LOGGER. ......................................................................................................................................................................................... 39 4.4.1.3. DISPOSITIVO DE REGISTRO DE DATOS A LA CARGA / TEMPERATURE RECORDER ..................................................................... 40 4.4.1.4. CONTROL MANUAL A BORDO ................................................................................................................................................................. 42 4.4.1.5. CONTROL REMOTO .................................................................................................................................................................................. 43 4.4.2. INFLUENCIA DE LA ESTIBA EN LA TEMPERATURA DEL AIRE DE RETORNO ........................................................................................ 43 4.4.3. INCREMENTO DE TEMPERATURA SIN REFRIGERACIÓN ......................................................................................................................... 46 4.4.3.1. CALCULO APROXIMADO DEL INCREMENTO DE TEMPERATURA ...................................................................................................... 46 4.4.4. ENFRIAMIENTO DE LA CARGA DURANTE LA REFRIGERACION .............................................................................................................. 50 5 ATMOSFERA CONTROLADA ............................................................................................................................................................................... 51 5.1. PRINCIPIOS BIOLOGICOS ............................................................................................................................................................................. 51 5.2. PRINCIPIOS TÉCNICOS ................................................................................................................................................................................. 55 5.2.1. PRINCIPIO DE LA GENERACIÓN DE NITRÓGENO ...................................................................................................................................... 55 5.2.1.1. SEPARACIÓN DE GAS POR MEMBRANA ............................................................................................................................................... 55 5.2.1.2. PSA (PRESION SWING ABSORTION) ...................................................................................................................................................... 57 5.2.2. INFLUENCIA DE LA ESTANQUEIDAD DEL CONTENEDOR ......................................................................................................................... 58 5.3. ATMOSFERA CONTROLADA EN CONTENEDORES .................................................................................................................................... 58 6 CONCLUSIONES. ................................................................................................................................................................................................. 60 7 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................................................................................... 61 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 3 de 61 ÍNDICE FIGURAS FIGURA 1 VISTA GENERAL DE UN CONTENEDOR PORTHOLE. ................................................................................................................................. 6 FIGURA 2 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN EN UN BUQUE PARA CONTENDORES PORTHOLE. WWW.MARINEINSIGHT.COM ........................... 7 FIGURA 3: INSTALACIÓN PERMANENTE DE SUMINISTRO DE AIRE FRIO A CONTENEDORES PORTHOLE. ...................................................... 7 FIGURA 4: FLUJO DE AIRE EN UN CONTENEDOR FRIGORÍFICO INTEGRAL. MAERSK. ....................................................................................... 10 FIGURA 5: CIRCUITO DE FRIO DE UN CONTENEDOR FRIGORÍFICO INTEGRAL (CARRIER TRANSICOLD 69 NT) CON CONDENSADOR DE AGUA ADICIONAL. MANUAL DE CARRIER TRANSICOLD 69NT)................................................................................................................................ 14 FIGURA 6: COMPRESOR SCROLL Y SU FUNCIONAMIENTO. MANUAL DE THERMOKING. ................................................................................... 17 FIGURA 7: EJEMPLO DE EXTRACTO DE DATA-LOGGER. TRASNPORT INFORMATION SERVICE (TIS). ............................................................. 20 FIGURA 8: CONEXIÓN DE CUATRO CABLES. TRASNPORT INFORMATION SERVICE (TIS). ................................................................................. 21 FIGURA 9: EL COMPORTAMIENTO DE SEÑAL TÍPICO DE UNA TEMPERATURA BAJA REFRIGERÓ EL CONTENEDOR (NO A ESCALA). ICCT- .......................................................................................................................................................................................................................................... 22 FIGURA 10: DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE LÍNEA DE CONDUCCIÓN ELÉCTRICA DE CINTA DUAL DE RTE/LYNGS Ø, H.M. STEIN SOHN Y ASI ....................................................................................................................................................................... 23 FIGURA 11: EL DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LA LÍNEA DE CONDUCCIÓN ELÉCTRICA DE BANDA ANCHA TRANSFIERE EL SISTEMA. H.M. STEIN SOHN Y ASI .......................................................................................................................................................................................................... 23 FIGURA 12: ESPECIFICACIÓN DE FILTRO DE ISO PARA DE BANDA ANCHA Y DE BANDA ESTRECHA. H.M. STEIN SOHN Y ASI ................... 24 FIGURA 13: VENTILACIÓN DE UNA BODEGA CON CONTENEDORES REFRIGERADOS. ...................................................................................... 33 FIGURA 14: FLUJO DE AIRE EN UN CONTENEDOR REFRIGERADO.THE INSTITUTE OF REFRIGERATION. ..................................................... 36 FIGURA 15: FLUJO DE AIRE Y DISTRIBUCIÓN DE LA TEMPERATURA EN UN CONTENEDOR REFRIGERADO. THE INSTITUTE OF REFIRGERATION. ........................................................................................................................................................................................................... 36 FIGURA 16. DEFROSTING DE UNA UNIDAD DE REFRIGERACIÓN. THE INSTITUTE OF REFIRGERATION. ........................................................ 37 FIGURA 17: GRABADORA DE TEMPERATURA POR DISCO PARTLOW Y DISCO PARLOW. .................................................................................. 38 FIGURA 18: DISCO DE TEMPERATURA........................................................................................................................................................................ 39 FIGURA 19: EXTRACTO DE UN INFORME DEL ARCHIVO DATA-LOGGER. .............................................................................................................. 40 FIGURA 20 GRABADORAS ELECTRÓNICAS DE DATOS ............................................................................................................................................ 40 FIGURA 21: IMPRESIÓN DE UN DATA RECORDER ELECTRÓNICO. THE INSTITUTE OF REFIRGERATION. ....................................................... 41 FIGURA 22: CONTROL DE TEMPERATURA DE UN BUQUE TOMADA MANUALMENTE .......................................................................................... 42 FIGURA 23: MÉTODOS DE ESTIBA EN CONTENEDORES REFRIGERADOS QUE DEBEN SER EVITADOS. MAERSK GUIDE. ........................... 44 FIGURA 24: EJEMPLO DEL AUMENTO DE TEMPERATURA EN LA PUERTA COMO RESULTADO DE UN BAJO NIVEL DE AIRE DE CIRCULACIÓN POR UNA MALA ESTIBA. THE INSTITUTE OF REFIRGERATION. .................................................................................................... 45 FIGURA 25: ESTRUCTURA FUNDAMENTAL DE LA SEPARACIÓN DE GAS POR MEMBRANA. .............................................................................. 55 FIGURA 26: PRINCIPIO BÁSICO DE UNA MEMBRANA TIPO DE SEPARACIÓN DE NITRÓGENO. ......................................................................... 57 FIGURA 27: PRINCIPIO DE UN SISTEMA PSA DE GENERACIÓN DE NITRÓGENO. ................................................................................................ 57 ÍNDICE TABLAS TABLA 1: CARACTERÍSTICAS REFRIGERANTE R134A. AIR LIQUIDE. ...................................................................................................................... 15 TABLA 2. CARACTERÍSTICAS REFRIGERANTES R-404. FICHA TÉCNICA DE GAS SERVEI. ................................................................................ 16 TABLA 3: LOS DATOS ESPECÍFICOS DE FABRICANTE EN CUANTO A LA CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN Y EL CONSUMO DE ELECTRICIDAD DE UN EQUIPO FRIGORÍFICO THERMOKING. ................................................................................................................................. 28 TABLA 4: DATOS ESPECÍFICOS DEL FABRICANTE EN CUANTO A LA CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN Y EL CONSUMO DE ELECTRICIDAD DE UN SMART REEFER CON DIFERENTES COMPRESORES Y REFRIGERANTES. .................................................................. 31 TABLA 5: TABLA DEL CAPACIDAD CALÓRICA ESPECIFICA DE VARIOS ALIMENTOS TOMADA DE POHLMANN, TASCHENBUCH DER KÄLTETECHNIK ............................................................................................................................................................................................................... 47 TABLA 6. MEDIA DEL INCREMENTO DE TEMPERATURA DE LA CARGA PARA VARIOS TAMAÑOS DE CONTENEDOR, VÁLIDA PARA MERCANCÍA CONGELADA. TRASNPORT INFORMATION SERVICE (TIS). ............................................................................................................... 50 TABLA 7: VALORES DE AC RECOMENDADOS PARA FRUTAS Y VEGETALES. POHLMANN, TASCHENBUCH DER KÄLTETECHNIK ............... 53 TABLA 8: TRANSPIRACIÓN DE LA FRUTA Y VEGETALES. POHLMANN, TASCHENBUCH DER KÄLTETECHNIK ................................................ 54 TABLA 9 CONTROL DE LAS VÁLVULAS DEL SISTEMA PSA ...................................................................................................................................... 58 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 4 de 61 ÍNDICE FOTOGRAFÍAS FOTOGRAFÍA 1: SISTEMA CLIP-ON PARA CONTENEDOR PORTHOLE. .................................................................................................................... 8 FOTOGRAFÍA 2 SISTEMA PERMANENTE DE REFRIGERACIÓN PARA CONTENEDORES PORTHOLE EN HHLA UNIKAI TERMINAL. ................ 8 FOTOGRAFÍA 3 TORRES MÓVILES DE REFRIGERACIÓN PARA SUMINISTRAR AIRE FRIO A CONTENEDORES PORTHOLE EN LA TERMINAL DE HHLA BURCHARDKAI. ............................................................................................................................................................................. 9 FOTOGRAFÍA 4: BASTIDOR DE TRASNPORTE PARA EL RETORNO DE LAS UNIDADES DE REFRIGERACION AUTONOMAS O CLIP-ON. ...... 9 FOTOGRAFÍA 5: CONTENEDOR FRIGORÍFICO INTEGRAL ........................................................................................................................................ 10 FOTOGRAFÍA 6: PARTES FRONTALES DE UN CONTENEDOR REFRIGERADO INTEGRAL (CARRIER TRANSICOLD 69 NT) CON LOS COMPONENTES VISIBLES ............................................................................................................................................................................................. 13 FOTOGRAFÍA 7: PARTE POSTERIOR DE UN CONTENEDOR REFRIGERADO INTEGRAL (CARRIER TRANSICOLD 69 NT) CON LOS COMPONENTES VISIBLES Y VISTA LATERAL ............................................................................................................................................................. 13 FOTOGRAFÍA 8: CONEXIÓN DE AGUA A CONTENEDORES REFRIGERADOS INTEGRALES. FLUJO DE RETORNO (IZQUIERDA) FLUJO DE SUMINISTRO (DERECHA) .............................................................................................................................................................................................. 15 FOTOGRAFÍA 9: CONTENEDORES REFRIGERADOS CON Y SIN UNIDAD DE REFRIGERACIÓN INTEGRAL ...................................................... 26 FOTOGRAFÍA 10: TRANSFORMADOR MÓVIL USADO PARA SUMINISTRAR ELECTRICIDAD TRIFÁSICA DE 240 V A CONTENEDORES. ...... 27 FOTOGRAFÍA 11: CONTENEDOR GENERADOR PARA CUBIERTA. .......................................................................................................................... 29 FOTOGRAFÍA 12: LOS GENERADORES PARA SUMINISTRAR ENERGÍA A CONTENEDORES INTEGRALES PUEDEN SER MONTADOS SOBRE EL FRONTAL DEL CONTENEDOR. .................................................................................................................................................................. 30 FOTOGRAFÍA 13: MODEM DE CONTROL REMOTO EN UNA UNIDAD DE REFRIGERACIÓN. MANUAL THERMOKING Y CARRIER. ................. 43 ÍNDICE GRÁFICAS GRÁFICA 1: CONSUMO MEDIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIO DE CONTENEDORES REFRIGERADOS SOBRE LA RUTA DE EUROPAASIA DE ESTE SOBRE UN NAVÍO DE P&O................................................................................................................................................................... 32 GRÁFICA 2: LOS EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN LA TRANSPIRACIÓN. POHLMANN, TASCHENBUCH DER KÄLTETECHNIK ................. 52 GRÁFICA 3: CARACTERÍSTICAS DE UNA MEMBRANA DE SEPARACIÓN DE NITRÓGENO. ICCT. ....................................................................... 56 ÍNDICE ECUACIONES ECUACIÓN 1: ECUACIÓN DE ENERGÍA PARA ENFRIAR CON AIRE. ........................................................................................................................ 34 ECUACIÓN 2. FÓRMULA CÁLCULO INCREMENTO TEMPERATURA......................................................................................................................... 46 ECUACIÓN 3. FÓRMULA CÁLCULO ENFRIAMIENTO DE LA CARGA DURANTE LA REFRIGERACIÓN ................................................................ 51 ECUACIÓN 4. OXIDACIÓN COMPUESTOS ORGÁNICOS ............................................................................................................................................ 52 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 5 de 61 1 INTRODUCCIÓN: EL TRANSPORTE MARÍTIMO FRIGORÍFICO En la actualidad el transporte mediante contenedor prácticamente ha desbancado al transporte marítimo tradicional. La gran mayoría de mercancía semi facturada se mueve en contenedores, en lugar de ir estibadas en las bodegas de los buques tradicionales. Esto es debido a que el contenedor es muchísimo más fácil y barato de cargar, descargar y mover entre barcos, camiones y trenes. Las ventajas del transporte por contenedor son los mismos que para la cargar refrigerada. El principio básico para el transporte de cargas con temperatura controlada es la entrega en destino en las mismas condiciones que en la carga, en la medida de lo posible. Como las mercancías sensibles a la temperatura se deterioran en un grado que depende de la temperatura, el mantenimiento de la temperatura es primordial. Para mercancías congeladas se requiere el mantenimiento de una temperatura lo suficientemente baja que detenga el deterioro de la carga de forma efectiva. Para carga fresca, la temperatura debe ser mantenida lo más baja posible sin dañar la mercancía. De hecho, la temperatura dependerá de muchos factores y puede necesitar el consejo de un experto. Los factores a considerar para asegurar el mantenimiento apropiado de la temperatura durante el transporte, incluyen el pre-enfriamiento de la carga así como los espacios de transporte, el embalaje y la estiba, el grado de circulación de aire, y el “time off power”. Esto es además del requerimiento fundamental que es el la temperatura del aire de suministro del espacio de carga. Estos requerimientos hacen referencia a la carga, pero el transporte se puede realizar de varios modos, y en el presente trabajo nos centraremos en el transporte por contenedor refrigerado, viendo las diferentes opciones y controles que tenemos para mantener la mercancía en unas condiciones óptimas que eviten su deterioro durante el transporte. 2 CONTENEDOR FRIGORÍFICO PORTHOLE 2.1 DEFINICIÓN La tecnología de los contenedores porthole fue desarrollada antes de los años 70 y usada en las rutas Norte-Sur que movían grandes volúmenes de carga refrigerada. La primera generación de buques portacontenedores con contenedores porthole, ya tiene más de treinta años, por lo que actualmente está siendo remplazada por buques con una mayor capacidad y mejores sistemas de refrigeración, como veremos más adelante. Los contenedores porthole son contenedores con aislamiento térmico y tienen dos aperturas en la parte superior de la pared trasera del contenedor, a través de los cuales el aire frio es insuflado y el templado evacuado. El aire frio es insuflado por la apertura más baja al contenedor y se distribuye a lo largo de la carga a través de una barra en T. El aire frio se distribuye por la parte superior de la carga y se extrae a través de la apertura superior. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 6 de 61 . Figura 1 Vista general de un contenedor porthole. A continuación podemos ver dibujo de la circulación de aire en un contenedor porthole. Existen contenedores porthole de diferentes medidas, dependiendo de su uso en cada región. Por ejemplo: Contenedores de 8’ de alto y 20’ de largo, usados por los operadores en Australia, Nueva Zelanda y Sur- América cuando transportan mercancías a Europa. Contenedores de 8,5’ de alto y 20’ de largo usados entre Sur-África y Europa. Contenedores de 8,5 de alto y 40’ de largo usados entre la costa oeste de sur-África / Caribe y Europa. Los contenedores porthole no tienen ningún equipo integrado que les proporcione la refrigeración, por ese motivo siempre necesitan de un equipo externo para mantener la temperatura. Estos equipos pueden ser de diferente tipo dependiendo de si el contenedor se encuentra a bordo de un buque, estibado en la terminal o transportado por un camión o tren. 2.2 SUMINISTRO AIRE FRÍO EN BUQUES Los buques especiales para contenedores porthole están equipados con una unidad de refrigeración instalada debajo la cubierta principal, la cual suministra el aire frio que necesitan los contenedores. Originalmente un único conducto de refrigeración ha de ser capaz de suministrar aire frio para 48 contenedores. La siguiente figura muestra el esquema del sistema refrigeración para contenedores porthole a bordo de un buque. En los sistemas de enfriamiento instalados a bordo el calor es disipado desde los contenedores mediante los conductos del sistema de refrigeración. Los conductos del sistema de refrigeración están divididos en dos canales (conducto de suministro de aire y conducto de aire de retorno). El conducto de suministro de aire está conectado a la apertura inferior de la pared del fondo del contenedor, mediante conexiones conmutables. El aire frio fluye a través del conducto hacia el interior del contenedor debajo del enrejado, a través de la carga y entonces vuelve por encima de la carga y sale del contenedor por la apertura superior y entra al conducto de retorno pasando por la conexión. El aire caliente es extraído del conducto del canal de retorno de aire por el ventilador y dirigido de nuevo dentro del canal de suministro de aire. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 7 de 61 Figura 2 Sistema de refrigeración en un buque para contendores porthole. www.marineinsight.com Esta figura muestra un sistema indirecto con un circuito intermedio de salmuera que conecta el sistema de refrigeración central que se encuentra en la sala de máquinas. La temperatura del aire de suministro es controlada por el ajuste de una válvula de 3 pasos en el circuito de salmuera. Debido a que la instalación es relativamente grande, los contenedores porthole pueden conseguir niveles más altos de eficiencia que los contenedores integrales. La media de consumo de energía para refrigerar un TEU, incluido toda las unidades auxiliares está entre 1.5kW (planta de refrigeración directa) y 2.5kW (planta de refrigeración indirecta). En comparación: Un contenedor integral necesita una media de 3.6kW por TEU y ente 4.2kW y 5kW para el transporte bajo cubierta con refrigeración adicional de aire. La media de consumo de energía, sin embargo depende principalmente de la carga así como de la ruta de transporte. Figura 3: Instalación permanente de suministro de aire frio a contenedores porthole. La figura nº 2 muestra la posición de los conductos de refrigeración con las conexiones en la bodega de un buque portacontenedores en el cual se pueden estibar hasta siete contenedores de altura y conectados a un único conducto de refrigeración. Algunas veces, los contenedores Porthole se transportan sobre cubierta. En estos casos una unidad “clip-on” es conectada al contenedor. Esta unidad suministra el aire frio que el contenedor necesita. Las unidades “clip on” son también usadas para refrigerar los contenedores en las terminales o durante el transporte por carretera (ver foto 4). Estas unidades necesitan suministro eléctrico trifásico para funcionar. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 8 de 61 Fotografía 1: Sistema clip-on para contenedor porthole. 2.3 SUMINISTRO AIRE FRÍO EN TERMINALES Para refrigerar los contenedores en la terminal son necesarias una serie de unidades de torre de refrigeración, que pueden ser móviles o fijas. En la fotografía nº3 podemos ver las unidades de torre móviles de refrigeración, que pueden refrigerar dos contenedores porthole, situándolos uno a cada lado de la unidad. Estas torres móviles se pueden apilar una encima de la otra permitiendo estibas a niveles de diferentes contenedores. La fotografía nº2 muestra una unidad de torre de refrigeración fija. Fotografía 2 Sistema permanente de refrigeración para contenedores porthole en HHLA Unikai terminal. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 16 de 61 R-404a : El R-404A es una mezcla casi azeotrópica de refrigerantes HFC-125, HFC-143a y R-134a con un índice de destrucción del ozono igual a cero. El R-404A fue formulado para emular las propiedades del R-502, haciéndolo útil para una gran cantidad de aplicaciones a media y baja temperatura. El R404A está recomendado para el uso en aplicaciones de baja temperatura y de simples etapas (temperatura de vaporización < -45ºC) para refrigeración comercial, industrial y transporte. Puede también ser utilizado en el sistema de cascada, múltiples etapas o de inyección de líquido con buenos resultados. Es también eficiente a altas temperaturas (a +15ºC de evaporación) y permite el uso de compresores de pequeño desplazamiento. El R404A puede ser utilizado en cualquier tipo de sistema con temperatura de evaporación de -45ºC a +15ºC. Denominación Características R-404a R404A; HFC-404A Fórmula Mezcla de R-125, R-134a y R- 143ª Peso Molecular 97,61 g/mol Temperatura Ebullición a 101,03 kPa -46.45 °C Presión Ebullición a 25°C 1242 kPa Densidad Líquido A 25ºC 1048 (kg/m3) Temperatura Crítica 72,07 °C Presión Crítica 3731 kPa Calor Latente de Vaporización a 101.3kPa 200 kJ/kg ODP 0 WGP (CO2) 0,96 Punto de Inflamabilidad no Tabla 2. Características refrigerantes R-404. Ficha técnica de Gas Servei. El suministro de los refrigerantes y su manipulación es una parte muy importante ya que su contaminación puede provocar graves accidentes. Prueba de su peligrosidad son los accidentes sufridos por varios contenedores durante 2011, cuando varios contenedores de una importante compañía naviera, sufrieron explosiones sin motivo aparente. Después de las primeras investigaciones comprobaron que las revisiones de los contenedores accidentados se habían llevado a cabo en un mismo taller de Vietnam (Cat Lai). Estas investigaciones llevaron a concluir que dicho servicio técnico utilizó gas refrigerante contaminado con R-40. El R-40, también conocido como cloruro de metilo o cloro metano, es un producto químico peligroso compuesto que es extremadamente inflamable. Este refrigerante se llegó a utilizar como refrigerante pero fue desestimado por su toxicidad e inflamabilidad. Actualmente se utiliza en la producción de polímeros de silicona. El R-40 reacciona con el aluminio y forma trimetil aluminio. Este compuesto pirofórico reacciona con el aire provocando su ignición. Estos accidentes supusieron la revisión de un gran número de unidades por parte de la compañía para comprobar que el refrigerante no estaba contaminado. Para evitar este tipo de accidentes, el gas refrigerante suministrado a los servicios técnicos deben provenir de una fuente certificada con un certificado de veracidad. El mejor modo de comprobar si un refrigerante ha sido contaminado con cloro PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 17 de 61 metano es mediante un test de flama. Si la flama se muestra azul, el refrigerante esta Ok, pero si aparece verdosa, el refrigerante está contaminado. 3.3.2 COMPRESORES En la actualidad existe una marcada tendencia hacia los compresores de refrigerante del tipo scroll o espiral frente a los compresores de pistón. Figura 6: Compresor scroll y su funcionamiento. Manual de ThermoKing. Los beneficios de los compresores scroll son obvios:  Menos partes móviles, por lo tanto, menos reparaciones.  Construcción completamente hermética, por tanto, menos pérdida de refrigerante  De peso mucho más ligero y diseño más compacto, lo que hace más fácil el manejo de al intercambiar el compresor y el aumento de la capacidad de carga del contenedor  Genera menos ruido. 3.3.3 CONTROLADORES. Las unidades de refrigeración están en la actualidad controladas y reguladas por controladores electrónicos. En función de las características de la unidad, estos controladores realizan una gran variedad de complejas tareas. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 18 de 61 Es importante tenerlo en cuenta, ya que estos controladores en sí mimos, habitualmente, son causa de problemas. Muchos de los daños causados por una mala refrigeración son causados por el fallo de estos controladores o alguno de sus periféricos asociados (sensores). Por consiguiente estos controladores deben ser diseñados para ser tan robustos como sea posible para poder resistir las condiciones extremas de calor, frio y humedad. A continuación veremos los modos de funcionamiento más importantes. 3.3.3.1 FUNCIÓN DE MERCANCÍA CONGELADA O BAJAS TEMPERATURAS. Cuando las unidades de refrigeración trabajan a muy bajas temperaturas, por debajo de los -10°c aproximadamente, las pequeñas fluctuaciones de temperatura son insignificantes. El compresor, en estas condiciones, se utiliza para controlar la temperatura en modo todo o nada. Durante el tiempo que está parado conseguimos un ahorro de energía. Los ventiladores de circulación de aire funcionan a baja velocidad, de ese modo reducen su consumo eléctrico por un factor de 8. La temperatura se regula mediante la temperatura del aire de retorno, es decir la temperatura del aire que sale de la zona de carga. Si esta temperatura excede el valor nominal por p.ej. en 0.2°C, la unidad inicia la producción de frío (el compresor es encendido), y cuando la temperatura se cae p.ej. 0.2°C debajo del valor nominal, es apagado otra vez. Para prevenir el encendido y apagado constante del compresor, el sistema se protege fijando un período mínimo entre la operación de encendido y apagado, 3.3.3.2 FUNCIÓN MERCANCÍA FRESCA O FRÍO La regulación exacta de temperaturas es necesaria cuando se trabaja con mercancías refrigeradas, que serían aquellas por encima de los -10°c. Esto es en particular relevante para el transporte de carne refrigerada y fruta, que se transportan a unas temperaturas aproximadas de -1.4°c. Los ventiladores de circulación funcionan a altas velocidades para mejorar la distribución de temperatura en toda la carga. En contraste con la operación para mercancías congeladas, la temperatura se regula mediante el suministro de aire. El compresor está en funcionamiento constante. La cantidad de frio es controlada mediante palomillas de gases en la línea de succión del compresor que mediante recirculación de los gases calientes y otras medidas realizadas sobre el compresor, como reducción del caudal (abriendo la espiral del compresor de scroll). En el Carrier Transicold, el circuito de refrigeración mostrado en la Figura 6, las válvulas son usadas para reducir la presión de succión. Ambas válvulas permanecen completamente abiertas durante todo el tiempo que la temperatura del aire de suministro está por encima de la temperatura nominal. Una vez la temperatura nominal es alcanzada las válvulas de solenoide del conducto de succión del compresor, cierran. La válvula de modulación de succión hace un ajuste fino hasta que la generación de frío se equilibra con el calor a ser disipado. Si la temperatura del aire de suministro continua cayendo, como consecuencia de una temperatura ambiente muy baja, la unidad de refrigeración se apaga completamente. Si aun así la temperatura continúa descendiendo, la calefacción se pone en funcionamiento. 3.3.3.3 FUNCIÓN DE DESCONGELAR Por debajo de una temperatura de suministro de +10ºC, el enfriador de aire necesita el proceso de descongelación (defrost), ya que a esta temperatura, la temperatura de la superficie del enfriado de aire puede ser inferior a 0ºC. Durante el defrost, los ventiladores de circulación de aire y el circuito de refrigeración permanecen deshabilitados. El enfriador de aire y la bandeja de goteo son calefactados eléctricamente. Debido a que la temperatura sube lentamente en la unidad de refrigeración, el sensor de aire de retorno siempre muestra temperaturas relativamente altas durante el proceso de defrost. El defrost generalmente es un proceso controlado por tiempo y se lleva cabo cada seis, ocho o doce horas. El final del proceso de descongelación normalmente se determina cuando la temperatura de fin de defrost es alcanzada en el PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 19 de 61 sensor de defrost situado encima del enfriador de aire. Sin embargo hay un tiempo máximo fijado para realizar el proceso de defrost. Si este tiempo es superado, el deftrost se terminal también. Algunos controladores son capaces de llevar a cabo procesos defrost en tanto y cuando sean requeridos. Para estos controladores el defrost es realizado si la temperatura del aire de suministro no alcanza la temperatura nominal en un periodo de tiempo fijado en caso que la diferencia de temperatura entre el aire de suministro y el de retorno es demasiado alta. Ambos criterios pueden indicar un flujo insuficiente de aire, el cual puede ser causado, entre otras, por la formación de hielo en el enfriador. 3.3.3.4 FUNCIONES ESPECIALES DE AHORRO Existen una gran variedad de modos de ahorro para reducir el consumo máximo y/o medio de energía. Por ejemplo, el consumo de electricidad puede estar limitado por el estrangulamiento del gas de succión. Otra alternativa puede ser la del uso de una velocidad baja los ventiladores de circulación de aire en modo de mercancía (chilled) o frío, un método que es aconsejable para mercancías que no respiran (p.ej. el nueces) o en modo de CA. Para deshidratar el contenedor, la unidad de refrigeración puede ser manejada con la calefacción encendida, de modo que más agua sea condensada en el enfriador de aire. 3.4 SISTEMA DE REGISTRO DE TEMPERATURAS Las temperaturas generalmente suelen ser registradas para ser utilizadas como pruebas en caso de una reclamación de daños, principalmente se usan los discos de registro, que generalmente cubren un período de treinta y un días. Partlow es uno de los fabricantes principales de estos discos, por lo que también son conocidos como discos de Paltrow. La temperatura de aire de retorno es registrada en estos discos. Los discos de temperatura son un dispositivo de registro que no cumple con los estandartes de la EU, motivo por el cual raramente se instala en los contenedores nuevos. También representan un factor de coste significativo. Ya que el registro de temperatura en estos discos ha dejado de cumplir las normas de la Unión Europea, este tipo de registradores raras veces (poco probable) son instalados en nuevos contenedores, sobre todo como cuando ellos también representan un factor de coste significativo. Debido al progreso hecho en la tecnología de datos, todos los nuevos reguladores son capaces de almacenar los datos tomados en dispositivo electrónicos conocidos como data-loggers. Estos dispositivos tienen una capacidad de almacenaje de más de un año. Pero la ventaja principal de estos dispositivos no es cuantitativa, sino, cualitativa. Estos dispositivos son capaces de registrar no solo la temperatura de retorno, sino la de suministro así como las temperaturas fijadas por la USDA. Además, puede registrar alarmas, periodos de fallada e intervenciones realizadas en el contenedor. Una desventaja que presentan estos dispositivos es que solo pueden suministrar valores puntuales y no dan una idea general del viaje del contenedor a la tripulación del barco. Además, en el caso de una reclamación por daños en la mercancía, a menudo es complicado localizar la unidad y realizar la descarga de los datos. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 20 de 61 Figura 7: Ejemplo de extracto de data-logger. Trasnport Information Service (TIS). 3.5 SISTEMAS REMOTOS DE CONTROL Dado el gran número de contenedores integrales refrigerados que se utilizan actualmente en el transporte marítimo hay una gran necesidad de encontrar modos eficaces para la supervisión y control de estos contenedores. En los buques actuales, en muchos de los cuales se pueden transportar más de 1.300 contenedores frigoríficos integrales, se utiliza un sistema de supervisión remoto que permite reducir el gasto de inspeccionar los contenedores a la vez que permite a la tripulación reaccionar más rápidamente a problemas potenciales en caso de un defecto en la unidad de refrigeración. 3.5.1 SISTEMAS DISPONIBLES Hay dos tipos básicos de control: El sistema de control tipo cuatro cables. Se trata de un cable de control separado con cuatro conexiones. Este se utiliza para registrar los mensajes de estado "compresor en marcha”, "defrost" " y “temperatura en rango”. Alrededor del 50-70 % de todos los contenedores refrigerados tienen un enchufe para conectarlos a este tipo de sistema de control. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 21 de 61 Figura 8: conexión de cuatro cables. Trasnport Information Service (TIS). Sin embargo, con el sistema PCT o de transmisión a través del cable de potencia (Power cable transmisión o PCT) los datos son transmitidos vía el cable eléctrico trifásico de los contenedores. Esto permite a una cantidad ilimitada de datos ser transmitido entre el contenedor y el receptor a bordo o en tierra. Los datos pueden ser intercambiados en ambas direcciones, de modo que sea también posible, por ejemplo, cambiar el valor nominal de la temperatura de un contenedor. Es particularmente significativo, en términos de economización potencial de costes la opción de hacer inspecciones PTI remotas, tanto a bordo como en terminal, así como leer los datos almacenados durante el viaje en el data-logger. Dos variantes diferentes del sistema comentado PCT a través del cable de potencia están actualmente disponibles: La transmisión de banda estrecha, que funciona en una frecuencia fija para modular datos sobre el sistema de alimentación. Por otro lado existe el sistema de transmisión de banda ancha o wideband, en el cual la transmisión de datos se lleva a cabo en un rango de varias frecuencias. Desafortunadamente, los dos sistemas no son compatibles entre sí. Esto significa que uno u otro sistema debe ser instalado a bordo de los buques en función del sistema instalado en los contenedores, de lo contrario los contenedores no entenderán la señal enviada por el sistema del buque o terminal, y viceversa. De los aproximadamente 360.000 contenedores integrales de principios del año 2000, podemos decir que aproximadamente 24.000 (6.6%) están equipados con módems de banda estrecha y aproximadamente 19.000 (5.3%) con equipos de banda ancha. Por este motivo el uso de uno u otro sistema depende de la línea o ruta que hace el contenedor. Actualmente se empiezan a usar sistemas de transmisión de datos por radio frecuencia usando tecnología wireless LAN. 3.5.2 CONTROL DE CUATRO CABLES “4WIRE” En el sistema de control de cuatro cables (de 4 polos), un cable de 4 cables es usado para transmitir tres señales como activa señales de 24V con un cable de retorno en común. El cable de retorno común generalmente está conectado a la estructura del contenedor. Podemos comprobar si el contenedor está conectado a un sistema de control de 4 cables, si conectamos el cable de retorno con la toma de tierra del contenedor. En un barco o en una terminal, cada espacio destinado a un contenedor refrigerado debe disponer de conexiones para conectarlos. Estas conexiones suelen estar integradas directamente en los interruptores. La señal desde cada contenedor es transmitida a través a un sistema bus de campo o vía al cable de potencia disponible hacía el ordenador de control. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 22 de 61 Una de las principales desventajas de la tecnología de cuatro cables es sus problemas de contacto. Aunque las conexiones de los contenedores y los de los puestos a bordo están protegidos con tapas, los conectores sufren a menudo la corrosión debido a las duras condiciones ambientales en la mar. Los cables son también propensos a los daños ya que a menudo son golpeados en las operaciones de trinca o destrinca de los contenedores. También es habitual que el cable simplemente sea arrancado, porque nadie realizó la operación de desconectarlo antes de la descarga, con lo que al manipular el contenedor con la grúa este arrastra el cable. Ya que las señales son transmitidas como señales de voltaje con estados 0 V y 24 V, es imposible determinar si realmente hay una conexión eléctrica fiable. Habría sido más aconsejable usar un procedimiento de control para verificar si el cable se encuentra en buenas condiciones (por ejemplo señales de 4-20 mA). Las tres señales del sistema de cuatro cables tienen un significado diferente. La señal más importante es, indudablemente, " Temperatura en rango". Si esta señal no es emitida provoca una alarma. Por lo que un sistema muy simple de control puede evaluar esta señal. El “defrost” y “funcionamiento del compresor ", sin embargo, son dos señales de estado, que se sirven para proporcionar una información adicional. La señal "defrost", por ejemplo, puede ser usada para suprimir una alarma de temperaturas (durante el defrost, es normal que la temperatura se desvié del valor nominal). Un compresor que está en constante funcionamiento en modo de baja temperatura puede indicar algún fallo en el contenedor. Figura 9: El comportamiento de señal típico de una temperatura baja refrigeró el contenedor (no a escala). ICCT- La figura 9 muestra un ejemplo del comportamiento de las señales en un contenedor refrigerado en funcionamiento a baja temperatura: Durante la operación de refrigeración normal, el compresor funciona en modo on/off. El compresor permaneces parado durante la operación defrost e inmediatamente después debe ponerse en marcha, y permanecer en funcionamiento un periodo más largo de lo habitual, para disipar el calor acumulado durante el defrost. La señal de “temperatura de rango” no es emitida durante el proceso de defrost, ya que el aire en el sistema de refrigeración se calienta, pero debe ser emitida, después de terminar el defrost, dejando un periodo de tiempo para recuperar la temperatura. 3.5.3 TRANSMISIÓN POR CABLE DE POTÉNCIA La transmisión a través del cable de potencia elimina todos aquellos problemas derivados de tener un cable adicional para la transmisión de datos como es el caso del sistema 4wire. También tiene un significativo mayor rango de funciones ya que cualquier dato puede ser transmitido, de ello meramente depende del protocolo de transferencia usado. Los datos son modulados en electricidad trifásica del buque o la terminal como una señal de alta frecuencia y recibida por uno o varios módems. Entonces esta información es transmitida desde el modem al ordenador de control a través de un sistema bus. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 23 de 61 Para cubrir distancias más largas, se pueden utilizar diferentes tipos de tecnología procedentes de distintos proveedores. Un sistema con de red capacitiva (Figura 10), red de datos con acoplamiento capacitivo a la red eléctrica, sólo necesita un módem principal, conectado al sistema de alimentación de corriente trifásico sobre un tipo de señal y una o varias unidades puente capacitivas (CBUs). Para puentear transformadores, hay disponibles transformadores bypass (TBUs). Figura 10: Diagrama esquemático del Sistema de transmisión de Línea de conducción eléctrica de Cinta Dual de RTE/LYNGS ø, H.M. Stein Sohn y ASI Otro sistema usa un número de módems principales conectados entre ellos vía un bus field (la Figura 11). El número de módems principales requeridos depende de la configuración de la red y la distancia a cubrir. La desventaja de este sistema es que no permite módems en funcionamiento simultáneo. Esto reduce considerablemente la tasa media de transferencia de datos, en caso de disponer de varios módems. Además, es muy probable que los mismos datos sean transferidos varias veces innecesariamente y luego deben ser eliminados. Figura 11: El diagrama esquemático de la Línea de conducción eléctrica de banda ancha transfiere el sistema. H.M. Stein Sohn y ASI PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 24 de 61 3.5.3.1 BANDA ESTRECHA La transmisión de información por vía de banda estrecha es la más antigua de los dos sistemas. Los datos son modulados en la red de suministro de energía en una frecuencia portadora fija de aproximadamente 55 kilohercios. Es transmitido en una tasa de 1,200 baudios, que es por qué este sistema también a menudo es mencionado " un sistema de baja tasa de datos”. Sealand ya realizaban sus primeras pruebas con el (PCT) a finales de los años 70. Al principio de los años 80, ThermoKing colaboró con Sealand para desarrollar el primer sistema comercial, conocido bajo el nombre de ThermoNet. Sealand y Matson eran los primeros en usar este sistema a gran escala, principalmente en rutas comercialmente cerradas en el Océano Pacífico Figura 12: Especificación de filtro de ISO para de banda ancha y de banda estrecha. H.M. Stein Sohn y ASI 3.5.3.2 BANDA ANCHA La banda ancha llegó, una transmisión de datos en un rango de frecuencias de 140 a 400 kHz llegó a mediados de los años 80. La transmisión de datos sobre un número de frecuencias fue creada para asegurar una transferencia de datos fiable, incluso con frecuencias de interferencia tales como aquellas generadas por los transformadores de frecuencia. Sin embargo, distribuyendo la señal sobre un rango de frecuencia, la fuerza de la señal sobre cualquier frecuencia es inferior que con el de banda estrecha. Por lo que los fabricantes de sistemas de banda estrecha pueden presumir de una mayor gama. Ya que la tasa de transmisión de datos en un sistema de banda ancha es teóricamente a 19,200 baudios, este sistema también es conocido como HDRS “high data rate system”. Sin embargo, los informes sugieren que a la práctica esa mayor velocidad es apenas perceptible. 3.5.3.3 STANDARD ISO 10368 La experiencia ha demostrado que sólo tiene sentido utilizar un sistema de supervisión cuando hay un estándar para el intercambio de datos. La reducción de costes solo se consigue si todos los contenedores frigoríficos pueden ser controlados por PCT en la medida de lo posible. Por esta razón, un subcomité de la ISO fue nombrado entre 1987 y 1990 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 25 de 61 para definir este estándar de intercambio de información. Este fue publicado finalmente como la ISO 10368. Debido a que varias empresas participaban en este comité, y por consiguiente diferentes intereses, ningún acuerdo general fue alcanzado en cuanto al hardware (p. ej. la frecuencia de transmisión), y por consiguiente hay todavía dos sistemas disponibles en el mercado. Sólo los rangos de frecuencia para cada sistema fueron definidos, para asegurar que ambos podrían ser usados simultáneamente. Aparte de esto, este estándar regula principalmente el protocolo de transmisión de datos (p. ej. el software) y define las funciones mínimas para dispositivos de comunicación remotos (RCDs). Estas funciones comprenden: Consultas prescritas: o Número de identificación del contenedor. o Temperatura del aire de retorno. o Temperatura del aire de suministro. o Fabricante/tipo. Consultas opcionales importantes (lista no completa): o El modo de funcionamiento (frio máximo, parcial o bajo, ventiladores solamente, frio modulado, defrost y calor). o Temperatura nominal. o Alarmas (consulta de estado). o Alarmas corrientes (en la orden en cual se produjeron). o Temperaturas del producto. o Intervalo del data-logger. o Consumo eléctrico. o Puerto de destino del contenedor. o Puerto de descarga. o Origen. o Resultado del auto-chequeo (PTI). Órdenes para controlar y programar (en la medida en que el controlador de la unidad refrigerada los soporta): o Cambio de la temperatura nominal. o Inicio auto-chequeo (PTI). o Cambio de número de identificación. o Cambio de intervalo del data-logger. o Insertar fecha y hora del data-logger. o Cambio del modo de funcionamiento. o Descarga de la información del data-logger. o Cambio destino. Los protocolos exactos para la transmisión de todos los datos no fueron acordados, de manera que se dejó la posibilidad de usar protocolos propios para la transmisión de ciertos datos a modo de casos individualizados. De esta manera los fabricantes usan ciertos protocolos propios no estandarizados para la transmisión de cierta información. No hay acuerdo en definir cuáles de estos protocolos privados, y en qué condiciones, deberían hacerse públicos, y por consiguiente, disponibles para la competencia. En general, el estándar ISO sólo ha documentado los dos sistemas existentes y ha prescrito algunas preguntas muy básicas. Incluso si todos los protocolos de transmisión se hicieran públicos significaría que diferentes drivers, por separado, deberían estar disponibles para cada tipo de modem. Ya que los controladores de las unidades de refrigeración y los data-loggers tienen diferentes rangos de funciones así como diferentes formatos de datos, un gran PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 32 de 61 El calor medio real disipado depende en gran parte del tipo de mercancía refrigerada transportada, y también de la ruta y estación del año en que se transporta. Para obtener una valoración general del consumo de energía medio y la disipación de calor media, las cifra de consumo para aproximadamente 2,600 TEUS fue registrada sobre un navío P&O que realiza la ruta de Europa a Asia del Este. Los resultados se muestran en la gráfica 1. Gráfica 1: Consumo medio de energía eléctrica medio de contenedores refrigerados sobre la ruta de Europa-Asia de Este sobre un navío de P&O El valor medio por TEU es aproximadamente de 3.6 kW, aunque el promedio para contenedores 20 ' es más cercano a 4 kW por contenedor y 7 kW por contenedor 40 debido a la mejor proporción de superficie/volumen. 4.3.2. DISIPACIÓN DE CALOR TRASNPORTANDO CONTENEDORES REFRIGERADOS EN BAJO CUBIERTA Transportando contenedores refrigerados sobre la cubierta, la disipación de calor raras veces es un problema. Sin embargo, si los contenedores refrigerados son estibados bajo cubierta, algo bastante común en la actualidad, debemos de ser capaces de disipar el calor generado por los contenedores de la bodega donde se han estibado. Dependiendo de la longitud del viaje, los tipos de contenedores usados y la carga que predomina, puede ser necesario disipar entre 7 kW y 15 kW de calor en los contenedores de 40’. Para ello se utilizan tres métodos: por aire, por aire frío de retorno y por agua. 4.3.2.1. PROCESO DE DISIPACION DEL CALOR Enfriamiento solo por aire: Este método se basa en dirigir el aire de fuera de la bodega hacia los contenedores estibados bajo cubierta mediante un circuito de distribución de aire. Este sistema necesita de ventiladores de extracción para permitir extraer el aire de dentro de la bodega, haciendo circular así el aire a través de los contenedores. En la figura 13 vemos un ejemplo de este sistema. La potencia necesaria para un sistema de refrigeración de esta tipo dependerá del diseño y del tipo de buque donde se instale. En general puede variar entre 1.5kW y 5 kW por cada contenedor de 40’. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 33 de 61 Figura 13: Ventilación de una bodega con contenedores refrigerados. Sistema de refrigeración por aire enfriado por agua de mar: Con este método, el aire frio generado por el sistema de refrigeración por agua de mar, circula a través de la bodega. Este proceso se suele utilizar solo donde no se puede alcanzar el flujo necesario de aire. El gasto energético de este sistema no es más eficiente que el de enfriamiento solo por aire. Refrigeración de los contenedores por agua de mar: Este método requiere el uso de un tipo especial de contendores diseñados con un condensador enfriado por agua adicional al condensador habitual. El agua para enfriar se bombea a los contenedores por el propio sistema del barco. Sin embargo, parte de la energía eléctrica consumida debe ser disipada con el aire de circulación a través de la bodega, ya que las partes calientes de la unidad de refrigeración también emiten calor al aire de la bodega. El principal hándicap de este sistema es que no todos los contenedores son compatibles, lo que provoca serias limitaciones logísticas. Teniendo en cuenta que los contenedores refrigerados suelen tener una temperatura ambiental máxima permitida de 45ºC la conclusión general es que disipar el calor generado por estos contenedores estibados bajo cubierta requiere una cantidad considerable de energía. 4.3.2.2. DISISPACION DE CALOR POR AIRE La ecuación 1 proporciona un ejemplo del cálculo de diseño para un sistema de refrigeración por aire con una temperatura de aire externa de 35°C y una humedad relativa del 70 %. Ya que el calor generado por el ventilador de suministro de aire también tiene que ser tenido en cuenta, la cantidad total de calor a disipar se ve incrementado en este valor. De este modo tenemos que el volumen de aire requerido es de aproximadamente 60 m ³/min para cada contenedor 40’. Algunas compañías navieras, por ejemplo, AP MOLLER, especifican los valores de 100 m ³/min en sus regulaciones de construcción, ya que la temperatura de aire máxima entrante en regiones como el Canal de Suez puede ser mayor que 35°C. Germanischer Lloyd recomienda 75 m ³/min en su último pliegue de regulaciones de ventilación y así también asume temperaturas externas por encima 35°C. Diseño de un sistema de refrigeración por aire para contenedores refrigerados con suministro mecánico de aire Fuentes de calor Número de contenedores refrigerados 100 Cantidad de calor por contenedor: 10 kW PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 34 de 61 Calor de contenedor a disipar: 1,000.0 kW Flujo de aire fresco por contenedor 60.0 m ³/min Flujo de aire: 360,000.00 m ³/h Capacidad aproximada de suministro de aire por el ventilador (Mismo para el aire de retorno): 163.64 kW 2,200 (m ³/h) / kW Cantidad total de calor a disipar: 1163.64 kW Disipación de calor Temperatura de aire entrante: 35 °C PDS 5,621.6 Pa Contenido de humedad 80.0 % PD 4,497.3 Pa Entalpia en la entrada: 110.27 kJ / (1+x) Kg x 0.029287621 Kg/Kg Calor específico (por Kg de aire): 10.30 kJ/kg Temperatura de salida: 44.73 °C Humedad de salida: 47.6 % PDS 9,448.4 Pa Entalpia de salida: 120.56 kJ / (1+x) Kg PD 4,497.3 Pa Punto de rocío de salida: 31.0 °C Densidad de aire: 1.13 kg/m³ Cantidad de calor disipado: 1,163.64 kW Exigencias (Requisitos) de energía totales Para impulsar a los ventiladores: 163.6 kW Total 163.6 kW Ecuación 1: Ecuación de energía para enfriar con aire. 4.3.2.3. DISIPACION DE CALOR POR AIRE FRIO DE RETORNO Hay buques que tienen el sistema de HDW, (Heat disipation by water), el cual hace circular aire a través de la bodega. El sistema enfría este aire haciendo circular el aire de retorno por enfriadores de aire que se refrigeran con agua de mar. Este sistema requiere un volumen de aire similar al sistema que usa únicamente aire para la refrigeración en la bodega, especialmente en las rutas a través de aguas cálidas, ya que apenas es posible rebajar los 35ºC cuando se navega por aguas que rozan los 30ºC. La ventaja real de este sistema es que permite hacer llegar aire fresco en zonas de difícil acceso a la vez que permite evitar grandes aperturas en la cubierta que de otro modo serían necesarias para permitir pasar el aire hacía la bodega. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 35 de 61 4.3.2.4. DISIPACIÓN DE CALOR POR AGUA La disipación de calor usando agua para la refrigeración es sólo posible en aquellos contenedores diseñados para este sistema. El suministro de agua al contenedor se suele hacer de agua fría refrigerada previamente por agua de mar. Los condensadores refrigerados por agua de los contenedores son resistentes a la acción del agua salada, por lo que, teóricamente, permitirían esta operación con agua de mar, pero el riesgo de corrosión hace que no se suela realizar con agua salada. El flujo máximo de agua fría es de aproximadamente 30 l/min a una pérdida de presión de alrededor de 120KPa. La temperatura máxima del aire de retorno cuando se refrigeran plátanos es de 45ºC con un rendimiento de calor de 24kW. 4.3.2.5. DISIPACIÓN DE CALOR POR EVAPORACION En los sistemas de disipación de calor por evaporación, se utiliza la atomización del agua para enfriar el aire. Esto se consigue vaporizando una fina capa de agua en el aire. Esto se suele conseguir con un ventilador sobre el cual se vaporiza agua generando un flujo de aire fresco. También se puede utilizar aire comprimido para atomizar el agua. Este uso actualmente se utiliza también en los sistemas de refrigeración de supermercados e invernaderos. Este método de disipación de calor, en principio, también puede ser aplicado a contenedores frigoríficos. Hay varias ventajas en el uso de este sistema. Los contenedores frigoríficos están diseñados para funcionar en condiciones de humedad (lluvia/mar) En los buques que transportan contenedores frigoríficos bajo cubierta, se genera condensación en la bodega, por lo que la pintura, equipos, etc.…deben ser resistentes al agua de todos modos. La bodega siempre cuenta con sumideros de sentina para poder evacuar el agua que pueda entrar. Como consecuencia de las limitaciones espaciales con respeto a la instalación de conductos de ventilación, este procedimiento es el único modo de disipar más calor junto con el sistema de ventilación existente. Por tanto este sistema es apropiado para actualizar y/o mejorar un barco. El agua pulverizada en el aire para la evaporación debe ser obtenida a bordo usando un método de tratamiento de generación de agua dulce conveniente. Podríamos estar tentados de utilizar agua salada, pero esto provocaría serios problemas de erosión y corrosión en los inyectores y depósitos de sal en la bodega. El sistema refrigeración por evaporación debe ir acompañado por la ventilación de la bodega, pero en un nivel menor que usando el sistema de refrigeración únicamente por aire. Cuando usamos sistemas combinados como este, podemos reducir la cantidad de aire fresco de 60m3/h a 30 m3/h en comparación con un sistema de refrigeración de aire. A pesar de la evaporación, la humedad relativa cae del 70% a la admisión de aire, a un 52.1% a la salida de aire. La cantidad de agua necesaria para la evaporación solo será necesaria durante el funcionamiento normal y durante unas pocas horas al día ya que la temperatura ambiente cae a la noche. Este sistema es particularmente interesante en aquellos casos en los que el sistema de refrigeración de la bodega necesita disipar más calor del que es posible disipar únicamente con aire. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 36 de 61 4.4. CIRCULACIÓN DE AIRE Y SU REGULACIÓN Un contenedor refrigerado siempre es enfriado por la circulación (suministro) de aire entre el espacio que hay entre la carga y el suelo. Este pasa por el suelo del contenedor y fluye a través y alrededor de la carga y finalmente, en la parte superior del contenedor es extraído hacía la unidad de refrigeración (aire de retorno). El aire “calentado” de retorno es entonces enfriado en el enfriador de aire e inyectado de nuevo al interior del contenedor. Figura 14: Flujo de aire en un contenedor refrigerado.The institute of refrigeration. Las temperaturas del aire de suministro y las del de retorno, son medidas y grabadas en la unidad de refrigeración. En condiciones normales la temperatura del aire de retorno es entre 0,5ºC y 3ºC más elevada que la del aire de entrada o suministro, porque el aire de retorno lleva consigo el calor absorbido dentro del contenedor. El calor proviene principalmente del exterior del contenedor y entra en el contenedor a través del aislamiento de los paneles del contenedor. Además en aquellos casos en los que se transporta fruta o vegetales, el calor puede provenir también de la respiración estos. Figura 15: Flujo de aire y distribución de la temperatura en un contenedor refrigerado. The institute of refirgeration. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 37 de 61 Cuando el contenedor está trabajando con temperaturas bajas, los sistemas más comunes de control de temperatura trabajan usando un método de todo-nada. Tanto tiempo la temperatura del aire de retorno está por encima del valor nominal, la unidad de refrigeración trabaja a máxima potencia. Una vez el contenedor alcanza la temperatura nominal, la unidad de refrigeración se apaga dejando únicamente los ventiladores responsables de la circulación del aire. Cuando la temperatura de retorno sube aproximadamente 0,5ºC por encima de la nominal, la unidad de refrigeración se enciende de nuevo repitiendo el proceso. Obviamente la temperatura del aire de suministro debe ser inferior al valor nominal. Los ventiladores funcionan a bajas velocidades cuando el contenedor está programado en modo de bajas temperaturas para asegurar que el aire es renovado en un ratio de 30-40 veces el volumen del contenedor vacío por hora. De vez en cuando se debe de proceder con el defrosting o descongelación de la unidad de enfriamiento de aire para prevenir que se genere escarcha o hielo en el intercambiador. Esto reduciría la eficiencia del sistema. Durante este proceso la unidad de refrigeración y los ventiladores están apagados para asegurar que no hay entrada de calor hacia el contenedor. La frecuencia del defrosting puede ser especificada manualmente. Sin embargo, algunas unidades pueden determinar automáticamente cuando necesitan realizar el defrosting. Figura 16. Defrosting de una unidad de refrigeración. The institute of refirgeration. A diferencia del funcionamiento a bajas temperaturas, cuando el contenedor refrigerado trabaja a con temperaturas nominales por encima de los -10ºC, la temperatura del aire de suministro es regulada constantemente. La unidad de refrigeración está en funcionamiento permanente, exceptuando cuando la unidad entra en función defrosting. La temperatura del aire de suministro es regulada mediante la unas válvulas situadas en el circuito de refrigeración las cuales regulan principalmente capacidad de compresión del compresor. Además en este modo los ventiladores funcionan a plena potencia suministrando un mayor ratio de intercambio de calor dentro del contenedor, aproximadamente 60-80 renovaciones por hora. 4.4.1. SISTEMAS DE REGISTRO DE TEMPERATURAS El principal problema del transporte refrigerado es el de garantizar mantener la cadena de frío. Por esta razón es necesario disponer sistemas de medición y registro para proveer de evidencias de la temperatura a la que ha viajado la PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 38 de 61 mercancía durante el transporte. Asumiendo que el contenedor frigorífico es un sistema complejo, varias temperaturas para cada modo de funcionamiento pueden ser medidas y registradas. La interpretación de las temperaturas grabadas es una fuente constante de desacuerdos entre las partes que intervienen en el transporte de mercancías. Las secciones siguientes mostrarán que opciones están disponibles para la medición y registro de temperaturas, así como varios argumentos posibles para las temperaturas registradas y como evaluarlos. 4.4.1.1. DISCO DE REGISTRO DE TEMPERATURA El disco de registro de temperatura continúa siendo el sistema más extendido para el registro de temperatura. A menudo se refiere a este sistema como sistema “Partlow Chart” debido a que Partlow es uno de los mayores fabricantes de dispositivos de registro de este tipo. Estos dispositivos suelen tener sus propios sensores de temperaturas. Estos están llenos de un líquido que se expande o contrae proporcionalmente al cambio de temperatura transmitiendo la información a un puntero mecánico el cual graba la información sobre un disco de un material sensible a la presión. Figura 17: Grabadora de temperatura por disco Partlow y disco Parlow. Generalmente la temperaturas del aire de retorno es grabado ya que puede ser usado para saber la temperatura de la mercancía. Sin embargo, algunos modelos de unidades de refrigeración graban la temperatura del aire de suministro y algunos graban el valor máximo del aire de suministro y de retorno. Estos últimos son poco comunes y debemos tener en cuenta que con estos dispositivos, existe un desfase temporal entre las dos temperaturas registradas que por lo general hace difícil determinar con exactitud los tiempos El disco es movido o bien por un mecanismo de cuerda, el cual se carga en el momento de poner el disco, o por un motor eléctrico. Cuando el contenedor no está conectado a un a fuente, este dispositivo funciona con una batería interna. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 39 de 61 El registro de las temperaturas se hace sobre unos discos de un material sensible a la presión, similar al papel auto copiativo. El puntero de la grabadora presiona sobre el disco y así dibuja una línea. Como estos discos son sensibles a la presión deben protegerse en su transporte evitando presionarlos con cualquier objeto accidentalmente. La mayoría de discos están diseñados para grabar un periodo de 31 días. Figura 18: Disco de temperatura. En la figura podemos ver el típico disco de temperatura. Los picos regulares muestran las operaciones de defrosting, las cuales en este caso, se han realizado cada 4 horas. Estos picos pueden ser muy diferentes y dependen, de la estiba de la mercancía dentro del contenedor, la longitud del periodo de defrosting, la temperatura nominal y de la posición del sensor. Estos picos muestran el hecho que durante el defrosting, hay aire caliente que sube desde el enfriador de aire y entra en contacto con el sensor de temperatura del aire de retorno. 4.4.1.2. DATA-LOGGER. Cada vez son más utilizadas las grabadoras digitales de datos. Estas grabadoras son conocidas como data-loggers y registran tanto la temperatura del aire de suministro como la del aire de retorno. Estos dispositivos, a parte, nos proporcionan información sobre las alarmas, temperatura exterior, inspecciones pre-trip y otras informaciones. Hay muchos contenedores que únicamente están equipados con estos data-loggers sin contar con los equipo de registro tradicionales. Los data-loggers registran temperaturas digitalmente, lo cual nos proporciona un discreto número de mediciones a diferencia de los discos que hacen una medición continua. El intervalo normal entre mediciones es de 1 hora. Sin embargo las incidencias que surjan, como pueden ser alarmas, operaciones de defrosting etc.… serán, todas, registradas completamente. Dependiendo del tipo de data-logger y de cómo este programado, los valores registrados pueden ser temperaturas instantáneas o por el contrario el dispositivo puede grabar la media de una serie de temperaturas tomadas en un periodo definido. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 40 de 61 Figura 19: Extracto de un informe del archivo data-logger. 4.4.1.3. DISPOSITIVO DE REGISTRO DE DATOS A LA CARGA / TEMPERATURE RECORDER Actualmente, muchos embarcadores colocan grabadoras de datos en el interior del contenedor junto a la carga cuando transportan mercancías refrigeradas. Estos dispositivos, algunos incluso capaces de emitir señal vía GPS, son utilizados para controlar la temperatura en el interior del contenedor durante el transporte y permiten al receptor de la mercancía tener acceso a información relativa a las condiciones en las que ha viajado la mercancía durante todo el transporte. Estos dispositivos pueden suministrar indicios de falta de refrigeración durante el transporte que pueden derivar en daños a la mercancía. Para ciertas mercancías altamente sensibles, por ejemplo plasma sanguíneo, el uso de estos dispositivos es requerido como prueba de que no se ha roto la cadena de frío en todo el proceso logístico, desde casa del embarcador hasta casa del receptor, pasando por todas las manipulaciones del contenedor intermedias. Figura 20 Grabadoras electrónicas de datos PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 41 de 61 Hay una amplia gama de marcas y tipos de grabadoras en el mercado, desde los que graban la información sobre una tira de papel (analógicos) hasta a aquellos que utilizan interfaces de infrarrojos para realizar la descarga de los datos (digitales). Dependiendo de las características, los precios empiezan sobre los 45€. La precisión de los analógicos es de aproximadamente +/- 1ºC, y +/- 0,1ºC para los digitales. Teniendo en cuenta el valor de la mercancía y los potenciales costes de compensación en caso de daños, el coste de uno de estos dispositivos es inapreciable. Su uso es altamente recomendable para todos los envíos. Los datos grabados no son únicamente útiles como prueba para el receptor contra el transportista, además suministra evidencias de errores de terceras partes como pueden ser las terminales. La elección de donde colocar las grabadoras debe ser cuidadosa para asegurar colocarlos en zonas de temperatura crítica dentro del contenedor para que obtenga la temperatura real de la carga. Por este motivo sería lógico colocar el dispositivo en la parte superior de la carga, cercano a la puerta. Sin embargo colocar estos dispositivos en la parte superior de la carga, tiene el inconveniente de medir la temperatura del aire más que la temperatura de la carga. Esto puedo cuestionar si se ha mantenido la cadena de frío. La siguiente figura muestra un ejemplo de lo comentado. Es claramente visible un pico de temperatura en medio de la impresión mostrando un aumento de la temperatura de aproximadamente 10ºC durante 30 minutos. Pero únicamente refleja un cambio en la temperatura del aire, ya es físicamente imposible tal incremento de temperatura de la carga en ese corto espacio de tiempo teniendo en cuenta la masa y capacidad de retener el calor de la carga. Un aumento de la temperatura del aire, como el mostrado en la figura, sería posible en el caso que el sistema de refrigeración fallase. De este modo el aire del contenedor reacciona rápidamente creando capas, siendo las más calientes las que se encuentran en la parte superior del contenedor, justo debajo del techo del contenedor. Figura 21: Impresión de un data recorder electrónico. The institute of refirgeration. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 48 de 61 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 49 de 61 PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 50 de 61 Tabla 6. Media del incremento de temperatura de la carga para varios tamaños de contenedor, válida para mercancía congelada. Trasnport Information Service (TIS). 4.4.4. ENFRIAMIENTO DE LA CARGA DURANTE LA REFRIGERACION La carga en el contenedor puede ser enfriada mediante una refrigeración continua. El tiempo que esto tomara dependerá de la transferencia de calor entre la carga y el aire así como la capacidad frigorífica disponible. Un contenedor refrigerado moderno tiene una capacidad de refrigeración de 5 a 6 kW aproximadamente, en funcionamiento de baja temperatura, operando a -18ºC. Dependiendo del tipo de contenedor usado (20’ / 40’), de 1.5kW PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 51 de 61 a 2.6kW son necesarios para contrarrestar el calor que entra a través de las paredes del contenedor. Esto nos deja de 2.4kW a 4.5kW que se pueden usar para enfriar la carga. Aplicamos la siguiente formula: Ecuación 3. Fórmula cálculo enfriamiento de la carga durante la refrigeración Si la capacidad de refrigeración es conocida, la máxima velocidad de enfriamiento puede ser determinada. Si la capacidad de refrigeración disponible es de 4kW, entonces podríamos enfriar, por ejemplo, 10 toneladas de carne congelada en 1.1ºC/hora aproximadamente. Está máxima velocidad de enfriamiento no se suele alcanzar ya que el calor que absorbe el aire es menor, entonces la capacidad de refrigeración es menor. Esto es particularmente relevante para la carga congelada y carga no transpirable (mercancía diferente de frutos y vegetales) donde la mercancía es normalmente estibada en bloques, y donde el aire solo fluye alrededor de los bloques y no entre las cajas. Si el aire no es capaz de transmitir toda su capacidad de refrigeración a la carga, el aire se enfría rápidamente debido a la alta capacidad de refrigeración de la unidad refrigeradora, pero la mercancía necesita bastante más tiempo para enfriarse. A menudo se emiten reclamaciones por el hecho que un contenedor no es apto para enfriar la mercancía, y que solo es posible mantener la temperatura en el contenedor. Estas reclamaciones no son válidas. En el transporte de frutos, y en el caso especial de los plátanos, la carga se suele enfriar en el contenedor. Sin embargo, es cierto que los contenedores frigoríficos no son capaces de realizar un congelado del producto de alta calidad. Es posible realizar congelado de productos en un contenedor frigorífico, pero este proceso es relativamente lento y puede provocar un aumento de la formación de cristales de hielo que simplemente no son aceptados en productos congelados de alta calidad. Por estos motivos, los resultados de una congelación de alta calidad solo se pueden conseguir usando equipos especialmente diseñados para congelar productos de forma muy rápida. 5 ATMOSFERA CONTROLADA 5.1. PRINCIPIOS BIOLOGICOS El uso de atmosfera controlada (AC) permite prolongar el almacenamiento de frutos y vegetales no solo por la refrigeración, sino por el cambio de la composición del aire en el espacio en el cual la mercancía esta almacenada. En nuestro caso el contenedor. Generalmente los cambios en la composición son:  Reducción del contenido en oxígeno en el ambiente a 1-3%. Lo normal en el aire es 21%  -Aumentar el contenido de dióxido de carbono en el ambiente a 5%-25%. Lo normal en el aire es 0.03% La composición de la atmosfera que permite alargar el almacenamiento dependerá del tipo de fruto o vegetal, la variedad, su origen y tiempo de recolección. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 52 de 61 A continuación tenemos varios tipos de oxidaciones de diferentes frutas. La glicolisis siempre predomina Ejemplo: Un contenedor de 20’ con una carga de 20 toneladas de carne y una temperatura inicial de -20ºC, queda sin refrigeración durante 2 días. La temperatura ambiente es de 20ºC. Esto significa que tenemos una diferencia de 40ºC, y basándonos en la tabla 6, obtenemos un aumento de temperatura medio de 5.3ºC. Así la temperatura de la carne subirá a -14.7ºC de media Ecuación 4. Oxidación compuestos orgánicos La correcta atmosfera ralentiza la transpiración de la fruta. Así aseguramos un mayor tiempo de almacenaje. La transpiración de la fruta se reduce entre un 30% y 60% comparando el AC con las condiciones normales. Por supuesto, esto permite aumentar tanto el tiempo de transporte como periodos de almacenaje mayores, haciendo posible la opción del transporte marítimo pare tipo de mercancías. Otra opción que permite es la de cosechar la fruta más tarde consiguiendo así un producto de calidad mayor. Las siguientes gráficas muestran el efecto de la temperatura en la transpiración para diferentes tipos de frutas y verduras. Debemos añadir aquí los efectos en el cambio de atmosfera, provocados por el AC. Gráfica 2: Los efectos de la temperatura en la transpiración. Pohlmann, Taschenbuch der Kältetechnik PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 53 de 61 Tabla 7: Valores de AC recomendados para frutas y vegetales. Pohlmann, Taschenbuch der Kältetechnik PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 54 de 61 Tabla 8: Transpiración de la fruta y vegetales. Pohlmann, Taschenbuch der Kältetechnik PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 55 de 61 La tabla 7 muestra la actividad de transpiración de un gran número de tipos de fruta y vegetales a varias temperaturas a condiciones atmosféricas normales. Esta información puede ser útil como guía para la programación de contenedores con AC. Una mala configuración de las condiciones de la AC, por el contrario, puede dañar el producto. Si el nivel de oxígeno contenido en el contenedor es demasiado bajo o el dióxido de carbono es demasiado alto la fruta puede dañarse de forma permanente. Además hay que eliminar de la atmosfera el etileno liberado. El etileno lo produce la fruta y acelera el proceso de maduración. La tabla 8 muestra las típicas condiciones de AC para varias frutas y vegetales. También aparecen en esta tabla los valores críticos en los que el contenido de oxigeno es demasiado bajo, y el de dióxido de carbono es demasiado alto, 5.2. PRINCIPIOS TÉCNICOS 5.2.1. PRINCIPIO DE LA GENERACIÓN DE NITRÓGENO La disponibilidad de nitrógeno siempre juega un rol crucial en el uso de una AC ya que la adición de este gas permite que el oxígeno y el CO2 contenido en un espacio cerrado se vean reducidos. Hay dos maneras de separar el nitrógeno del aire:  Membrana de separación  PSA (Pressure Swing Absorption) 5.2.1.1. SEPARACIÓN DE GAS POR MEMBRANA Las membranas de separación de gas para las separación de nitrógeno del aire han estado disponibles desde a mediados de los años 80. Las primeras membranas eran de forma espiral pero hoy en día se usan membranas huecas de fibra. Esto permite grandes superficies en espacios limitados para la separación de gas. La membrana en si misma está hecha de un polímero que es permeable en diferentes grados para diferentes gases. En principio todos los gases pueden pasar a través de la membrana pero a diferentes índices de permeabilidad. Para los gases involucrados en el control de la atmosfera, aplicamos un filtro del tipo: El vapor de agua se permite a la más alta velocidad, seguidamente del CO2, O2, y finalmente N2, La proporción entre los índices de permeabilidad de dos gases es conocida como selectividad. El motor del proceso de intercambio de gases es la diferencia de presiones parciales de los gases que hay a cada lado de la membrana. El oxígeno se puede extraer del aire comprimido. Este efecto es explotado en la separación de nitrógeno. Figura 25: Estructura fundamental de la separación de gas por membrana. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 56 de 61 Además, a mayor temperatura de la membrana mayor grado de permeabilidad, por lo que normalmente las membranas son usadas a la mayor temperatura posible para conseguir el mayor rendimiento posible de una membrana pequeña. Al mismo tiempo, la selectividad entre el oxígeno y el nitrógeno disminuye a medida que la temperatura aumenta. Por ejemplo: la eficiencia es reducida en relación al volumen del aire comprimido usado. Este efecto no es significante con membranas que tengan una alta selectividad para empezar. Si, sin embargo, la selectividad de la membrana es limitada, no tendría sentido operarla a altas temperaturas. La Grafica 3 muestra la curva de características de una membrana de separación de gas. En ella se puede apreciar la pureza del nitrógeno producido y el rendimiento (volumen de nitrógeno generado en relación al volumen de aire comprimido usado) para un control de la membrana a presión constante. Las condiciones fueron alteradas en base a la curva: La superficie de intercambio de gas fue doblada (esto corresponde al uso de dos membranas en paralelo), el la presión del aire se elevó por un factor de 1, y la permeabilidad de oxígeno fue doblada (material de membrana diferente). Gráfica 3: Características de una membrana de separación de nitrógeno. ICCT. Hoy en día, los sistemas de membrana se utilizan generalmente si el contenido de oxigeno residual es 1%. Mayores rendimientos y mayor pureza se pueden obtener mediante los sistemas PSA. Para el AC en contenedores refrigerados, se usan casi de modo exclusivo los sistemas de membrana porque están basados en un principio simple y pueden ser construidos para ser ligeros y compactos. Estos consisten en los siguientes componentes básicos: -Compresor de aire con filtro de succión. PFC: TRANSPORTE MERCNCIAS PERECEDERAS EN CONTENEDORES FRIGORÍFICOS Josep Oriol Rovira Monge Diplomatura Maquinas Navales Página 57 de 61 -Filtro y extractor de agua en el suministro de aire comprimido -Calentador para calentar el aire comprimido -Membrana de separación de gas -Punto de estrangulamiento para reducir la presión Figura 26: Principio básico de una membrana tipo de separación de nitrógeno. 5.2.1.2. PSA (PRESION SWING ABSORTION) El segundo modo de obtener nitrógeno a partir del aire es mediante el PSA. Este aprovecha de la propiedad que tienen ciertos materiales (carbón activado, gel de sílice, oxido de aluminio, zeolita…) que a altas presiones absorben moléculas de oxígeno, y las liberan a bajas presiones. Este proceso no es continuo, ya que necesita que el material de absorción se regenere cada pocos minutos. Para conseguir un proceso casi continuo de producción de nitrógeno, 2 o más contenedores de absorción son interconectados, de esta manera unos contenedores generan el nitrógeno mientras otros se regeneran. La figura 27 muestra el principio en el que se basa este sistema. La tabla 9 muestra la secuencia en que las válvulas de solenoide se abren o cierran para generar el nitrógeno. La necesidad de tener contenedores a altas presiones para mantener la absorción del material, hace que estas instalaciones sean voluminosas y pesadas. Las válvulas de solenoide también son una potencial fuente de fallos. Pero desde el punto de vista del rendimiento, los sistemas PSA son mejores que los sistemas de membrana, particularmente para aquellos casos en los que se necesitan altos grados de pureza. No es difícil conseguir nitrógeno con una pureza del 99.9% con un sistema PSA. Figura 27: Principio de un sistema PSA de generación de nitrógeno.