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PROYECTO FIN DE CARRERA Cálculo y diseño de una instalación de conservación de fruta DOCUMENTO 1/3 MEMORIA DESCRIPTIVA Autor: Jaume Farré Mòdol Director: Jesús Guallar Paracuellos CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Ingeniería Industrial Departamento de Ingeniería Mecánica Área de máquinas y motores térmicos 2010/2011 Cálculo y diseño de una instalación de conservación de fruta RESUMEN El objeto de este proyecto es la implantación de un sistema de producción de frío para una central hortofrutícola dedicada a la conservación de fruta de peras y manzanas. Se determina y especifica las condiciones de conservación en lo que respecta a: tiempo, temperatura y tolerancia, y las composiciones químicas de la atmósfera de conservación o atmósfera controlada. Para realizar el diseño de los componentes de la instalación, se realiza un análisis de las diferentes alternativas existentes. Este sistema de producción de frío se basa en un sistema indirecto, que utiliza amoníaco en un sistema de compresión simple y un refrigerante secundario que absorbe el calor del amoníaco cuando se evapora en un intercambiador de calor, para transportarlo a las cámaras frigoríficas donde estará el producto a conservar. En el proyecto se definen todas las partes y elementos de la instalación, así como el tipo y número de compresores, condensadores, intercambiadores, bombas, tubos, válvulas, etc, realizando la selección de equipos que configuran la instalación en cuestión. Se analiza finalmente la gestión térmica de las cámaras en función de las diferentes condiciones interiores y exteriores. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 1 ÍNDICE GENERAL 1 MEMORIA DESCRIPTIVA .........................................................................3 1.1 Introducción .........................................................................................4 1.1.1 Instalaciones frigoríficas en las industrias agroalimentarias.........4 1.1.2 Cámaras frigoríficas......................................................................5 1.1.3 Atmósfera controlada....................................................................6 1.2 Antecedentes.......................................................................................8 1.3 Objetivos..............................................................................................9 1.4 Análisis de requerimientos................................................................. 11 1.5 Descripción de la instalación..............................................................15 1.5.1 Ingeniería del proceso de producción.........................................15 1.5.2 Descripción de la central.............................................................18 1.5.3 Descripción de producción de frío...............................................20 1.6 Conclusiones .....................................................................................35 1.7 Bibliografía.........................................................................................37 1.8 Nomenclatura..................................................................................... 41 CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 2 íNDICE TABLAS Tabla 1-1 Nivel de Oxígeno presente en la cámara según el tipo de atmósfera controlada. ..................................................................................................7 Tabla 1-2 Volumen de fruta a tratar en la planta..............................................11 Tabla 1-3 Volumen necesario para el almacenamiento de fruta. ..................... 12 Tabla 1-4 Cantidad de fruta que entra en la central......................................... 13 Tabla 1-5 Dimensiones de las cámaras de fruta..............................................14 Tabla 1-6 Volumen de las distintas cámaras de la central hortofrutícola. ........15 Tabla 1-7 Necesidades de superficie............................................................... 18 Tabla 1-8 Condiciones de funcionamiento de la instalación.............................21 Tabla 1-9 Características del reductor de Oxígeno.......................................... 30 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1 Cámara hecha con panel sándwich..................................................6 Figura 1-2 Distribución cámaras frigoríficas.....................................................14 Figura 1-3 Diagrama de flujo de la instalación. ................................................ 20 CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 3 1 MEMORIA DESCRIPTIVA CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 4 1.1 Introducción 1.1.1 Instalaciones frigoríficas en las industrias agroalimentarias Se entiende como industria agro-alimentaria aquella que se dedica a la conservación y/o tratamiento de uno o más productos alimentarios. Dentro de este abanico tan amplio, hay que destacar la conservación de materias primas vegetales que se lleva a cabo en las centrales hortofrutícolas por su gran importancia dentro del sector agroalimentario del estado español. Estas industrias tienen un gran peso dentro de la provincia de Lleida dada la elevada producción de fruta, especialmente, manzanas y peras, que se destinan mayoritariamente a la larga conservación en almacenes refrigerados. En la concepción y diseño de una central hortofrutícola deben abordarse dos bloques básicos: A. Almacén e instalaciones para la manipulación del producto. B. Planta frigorífica para la conservación del producto, que consta de: • Cámaras frigoríficas. • Instalación frigorífica y otros. El proyecto en estudio se ha basado principalmente en el bloque B. En 1991 se realizaron una serie de auditorias energéticas en toda Cataluña, en especial de los 31 establecimientos que pertenecen al sector "almacenes frigoríficos" con consumos eléctricos significativos. Se propusieron varias mejoras energéticas a fin incorporar sistemas de regulación y control en las instalaciones frigoríficas como: • Automatización y control por ordenador. • Control del sistema de descarche del evaporador. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 5 • Instalación de condensadores evaporativos. • Instalación de humidificadores electrónicos. Cabe mencionar que estas mejoras suponen un ahorro importante y unos periodos de retorno aceptables. Por lo tanto, se ha creído oportuno tenerlas en cuenta en el presente proyecto a fin de utilizar tecnologías avanzadas en ahorro y eficiencia. 1.1.2 Cámaras frigoríficas Las cámaras frigoríficas son el espacio destinado para la conservación de la fruta. Sus dimensiones suelen adaptarse a las exigencias de las dimensiones de los envases (cajas, palots, etc.), de una buena ventilación, de espacios libres para la circulación del aire y de altura para acopio mediante carretillas. Según ello, las dimensiones en planta suelen variar entre 15 y 25 metros y la altura suele ser de 7, 8 y hasta 9 metros. Las paredes de las cámaras, así como el suelo y el techo pueden estar compuestos por diversos materiales, según de si las cámaras son de construcción fija o modular. Las cámaras de construcción fija constan de un aislamiento tradicional formado por: un muro exterior, pantalla anti-vapor, aislante y revestimiento interior. Este sistema es cada vez menos frecuente y está siendo sustituido por el aislamiento integrado que esta formado por: un núcleo central que puede ser de poliestireno o poliuretano y un revestimiento metálico a ambos lados. Este sistema se denomina panel "sándwich" y sustituye en un único elemento las diferentes partes y funciones del aislamiento tradicional. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 6 En la Figura 1.1 se muestra un ejemplo de cámara frigorífica. Figura 1-1 Cámara hecha con panel sándwich. 1.1.3 Atmósfera controlada La creación de la atmósfera controlada en una cámara frigorífica consiste principalmente en modificar la composición gaseosa sin modificar la temperatura, a fin de reducir el metabolismo del fruto y mantener el máximo tiempo posible el producto almacenado. La técnica de la atmósfera controlada junto con la aplicación del frío, ralentizan de manera considerable las reacciones bioquímicas de los frutos, reduciendo las pérdidas por podredumbres y retrasando la maduración, de forma que el fruto queda en forma latente, pero con la posibilidad de una reactivación vegetativa una vez que este entre en contacto con la atmósfera exterior. Los niveles de O2 y CO2 generalmente recomendados para la conservación de manzanas y peras varía según el tipo pero suele estar entre un 3-4% y entre 2 y 5% respectivamente. En los últimos años se ha generalizado la utilización de atmósferas controladas con un nivel muy bajo de oxígeno. En la Tabla 1-1 se pueden ver las diferentes técnicas de conservación en atmósfera controlada según el nivel de oxigeno: CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 7 Tipo de técnica Nivel de Oxígeno Atmósfera controlada estándar 4.0%>O2>3.0% Bajo contenido en Oxígeno (Low oxigen, LO) 3.0%>O2>2.0% Muy bajo contenido en oxígeno (Ultra Low oxigeno, ULO) 1.9%>O2>1.2% Hyper bajo contenido en oxígeno (Hyper Low oxigeno, HLO) 1.1%>O2>0.8% Tabla 1-1 Nivel de Oxígeno presente en la cámara según el tipo de atmósfera controlada. A nivel comercial cada vez son más las industrias hortofrutícolas que aplican las nuevas técnicas LO y ULO. La técnica HLO supone un gran riesgo por hipoxia de los frutos. En nuestra instalación utilizaremos la técnica ULO. Las principales ventajas conseguidas con las atmósferas bajas en oxígeno respecto a la atmósfera controlada normal son: • Una mayor duración del almacenamiento y posterior vida útil del fruto. • Una mayor retención de la calidad del fruto a lo largo del almacenamiento ya la salida del almacén. • Una reducción de ciertas alteraciones fisiológicas de los productos almacenados en frío. Los equipos y aparatos que forman parte de la instalación de atmósfera controlada son los siguientes: • Reductor de oxígeno • Reductor de anhídrido carbónico • Analizador de O2 y CO2 • Globos de equilibrado de presión • Válvula de seguridad CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 14 De esta forma se obtiene las dimensiones de las cámaras de atmósfera controlada y de prerefrigeración, que serán el punto de partida para poder dimensionar los distintos equipos que componen la instalación y cubrir de esta forma el volumen necesario para almacenar la fruta. Figura 1-2 Distribución cámaras frigoríficas. Cámaras de prerefrigeración Altura (m) Anchura (m) Longitud (m) Volumen (m3) Peras 4 10 10 400 Manzanas 4 5,5 5,5 121 Tabla 1-5 Dimensiones de las cámaras de fruta. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 15 1.5 Descripción de la instalación 1.5.1 Ingeniería del proceso de producción El presente proyecto, pretende definir, detallar y especificar las características para poder llevar a cabo los servicios siguientes, dentro de la central hortofrutícola: Enfriamiento del producto mediante cámaras de prerefrigeración. Conservación del producto en cámaras de atmósfera controlada. El volumen disponible en cada una de las cámaras son las que se pueden ver en la Tabla 1-6. Tipo de cámara Volumen (m3) Atmósfera controlada 2.280 Prerefrigeración 521 Tabla 1-6 Volumen de las distintas cámaras de la central hortofrutícola. Para poder utilizar el volumen de las cámaras frigoríficas, el producto tiene que llegar a la central envasado, con los tratamientos correspondientes de la fruta ya realizados, ya que la central ofrece solamente los servicios de conservación y enfriamiento del producto. En las cámaras de refrigeración solamente puede entrar el producto cuando estas estén vacías, ya que de otra forma se produciría un salto térmico del producto que estuviese almacenado y sería nocivo. También tenemos que tener en cuenta que dentro de las cámaras no pueden estar dos productos incompatibles. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 16 Recepción del producto El producto llega a la central mediante camiones o tractores. Si llega en camiones refrigerados, el producto ya se encuentra a su temperatura de conservación, ya que los camiones llevan incorporado un sistema frigorífico para mantener el producto a la temperatura óptima. En el caso que llegue en tractores o camiones normales, el producto entra a la cámara a temperatura ambiente, con lo que se tendrá que llevar a las cámaras de prerefrigeración. Pesaje Una vez se tenga la carga descargada del vehículo, esta será pesada en una báscula de 60.000 kg de capacidad ubicada en la recepción. Una vez esté pesado se en registrará y será llevado a la cámara de prerefigeración. Transporte de la fruta por el interior de la nave. Para poder cargar, descargar y desplazar la fruta por el interior de la nave se utilizan carretillas elevadoras. Estas carretillas estarán equipadas con un mástil triple que permite llegar a la altura necesaria en las cámaras. Tendrán una capacidad de carga de 2.000 kg y un sistema de ejes especiales para permitir la máxima maniobrabilidad en espacios reducidos. Prerefrigeración Esta etapa se realizará en las cámaras de prerefrigeración. El objetivo de esta etapa es conseguir un enfriamiento rápido del producto. Para conseguirlo hará falta una gran circulación y renovación de aire a baja temperatura. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 17 Se tiene que tener en cuenta que cada producto se comportará de una forma diferente frente al salto térmico, esto provoca que tengamos que realizar un almacenaje selectivo del producto según sus características. Creación de la atmósfera controlada Cuando la cámara este llena, se tendrá que condicionar de forma que llegue a las condiciones de conservación óptimas según la fruta que haya dentro y su clase. Así pues, se tendrá que reducir el contenido de O2 y CO2 presente en la mezcla gaseosa en el interior de la cámara, así como reducir la temperatura hasta que sea la óptima de conservación. Almacenaje Durante el almacenaje del producto se tendrán que garantizar unas condiciones de temperatura y humedad. Estas condiciones se medirán por medio de sondas termométricas y medidores de humedad. Las cámaras de atmósfera controlada dispondrán de otros elementos de control como un medidor automático de O2 y de CO2, y un globo de equilibrado de presión. Expedición Esta fase consiste en vaciar las cámaras y cargar el producto en los camiones frigoríficos. Para poder trasladar la fruta, se utilizaran las carretillas elevadoras, tal y como se ha explicado anteriormente. Espacios complementarios. La nave industrial donde se ubican las cámaras de conservación de fruta, estará formada también por más equipamientos, que en conjunto formaran la totalidad de la nave y cubrirán las diferentes necesidades que se requieren en una instalación de este tipo. A continuación se detallan los equipamientos de la nave: CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 18 Servicios. (Servicio para el personal de la empresa). Comedor. (Servicio para el personal de la empresa) Zona almacén. (Acopio de material, herramientas y recambios) Oficinas. (Gestión administrativa de la producción y gestión de la nave) Laboratorio. (Control de calidades de la fruta y del proceso) Sala de máquinas. (Ubicación de los equipos pera el funcionamiento de las instalaciones que conforman la nave de conservación de fruta) Necesidades de superficie. 4 Las necesidades de superficie pera poder desarrollar la actividad de conservación de fruta es la que se muestra a continuación en la Tabla 1-7 Tipo de Estancia Superficie (m2) Zona atmósfera controlada 9.750 Prerefrigeración 182.4 Oficinas y servicios 133 Almacén 300 Sala de máquinas 244 Tabla 1-7 Necesidades de superficie. 1.5.2 Descripción de la central Como ya se ha mencionado la central dispondrá de 19 cámaras frigoríficas, de las cuales 17 son de atmósfera controlada y 2 son de prerefrigeración. Las cámaras de atmósfera controlada se encuentran en la parte este de la central y están aisladas de la parte de manutención de la fruta, sala de máquinas, oficinas, almacenes y vestuarios. Las cámaras de prerefrigeración están dispuestas de manera que la entrada y salida de CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 19 producto no se vea obstaculizada y el tiempo de transporte hacia las cámaras de atmósfera controlada sea lo más reducido posible. Cada cámara dispone de una puerta. A fin de evitar un posible contacto entre el aislamiento de las cámaras y los palots y mejorar la circulación del aire por el interior de la cámara, se dispondrán unas barras de madera paralelas a los paramentos a 15 cm de distancia, ancladas en el suelo, de longitud igual a la de la pared. Se evitará a toda costa la existencia de puentes térmicos entre el interior y el exterior de la cámara, como pueden ser llaves metálicas, etc. En caso de que se tengan que meter clavos, éstos serán de madera o de plástico. La sala de máquinas es el espacio donde se encuentran los compresores, depósitos, y vanos componentes del circuito de producción de frío. En el techo de la sala de máquinas, por parte exterior, han situados los condensadores. La situación de la sala de máquinas se puede observar en el plano de implantación. Los paramentos de la sala de máquinas estarán compuestos por muros de ladrillo macizo. En el borde noroeste de la central hay dos plantas de oficinas y la bascula. En la parte sur-oeste se encuentran los vestuarios, almacén y comedor (ver plano nº 3). En el almacén se pueden aparcar las carretillas y traspalets, y en caso necesario, pueden aparcar camiones. Hay que añadir que toda la vertiente este de la central estará dedicada a la expedición de la fruta, mientras que la vertiente sur será la de recepción del producto. En el terreno situado al norte de la central se apilar todos los palots y palets vacíos. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 20 1.5.3 Descripción de producción de frío Diagrama de flujo de la instalación: Figura 1-3 Diagrama de flujo de la instalación. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 21 Para describir la instalación de producción de frío de la central hortofrutícola se tienen que distinguir dos circuitos, el principal i el secundario. Circuito principal El circuito primario es el encargado de producir el frío para poder pasar esta energía al circuito secundario. Se trata de un circuito cerrado, es decir, el amoniaco que circula por este circuito no se renueva ni se mezcla con cualquier otro circuito (ver plano 4). Se trata de un circuito de refrigeración por compresión simple y consta de dos compresores (C-01, C-02), dos condensadores del refrigerante (CO-01, CO-02), un intercambiador, una válvula de expansión (VEM-01), un depósito (DIP-01), un separador de aspiración (SEP-01), así como de las diferentes tuberías por las que circula el amoníaco y los correspondientes elementos de seguridad que requiere el circuito Compresores (C-01, C-02) Compresores Capacidad frigorífica (W) Condiciones normales Condiciones régimen C-01 564.000 C-02 433.000 Tabla 1-8 Condiciones de funcionamiento de la instalación. Este circuito tiene una capacidad frigorífica de 997000 W y cuenta con dos compresores en paralelo. Como se especifica en el apartado 2.2.1 de Ios cálculos justificativos, un compresor se utilizará cuando la central está en condiciones normales de conservación (564 kW) y el otro comienza cuando sea la época de entrada de fruta y la central esté en régimen (433 kW), que es cuando existe la máxima demanda de frío. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 22 Consta de: • Separador de aceite. • Bomba. • Depósito. • Refrigerador de aceite. • Regulador de presión. • Sistema electrónico de control del compresor. • Motor eléctrico con acoplamiento. • Válvula de retención en las líneas de aspiración y descarga (VM 01, VM-02, VM-03, VM-04). • Presostatos diferenciales de protección, de alta en la descarga (MANA-01, MANA-02), de baja a la aspiración (MANB-01, MANB-02). Los compresores son de la marca Grasso serie MEDIUM tipo N y M respectivamente con certificación CE-PED. Condensadores (CO-01, CO-02) La condensación del refrigerante se realizara mediante dos condensadores del tipo evaporador con una potencia de condensación de 724.400 W cada uno, tomando como temperaturas de condensación 35 ºC y de bulbo húmedo 25 ºC. Consta de los siguientes elementos auxiliares: • Envoltorio autoportante. • Batería de intercambio técnico. • Bomba centrífuga de recirculación de agua. • Dispositivo de rocío del agua. • Separadores de gotas. • Rejas de entrada de aire. • Rejas de salida de aire. • Protección externa. Los condensadores son de la marca TU modelo CMA 190. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 23 Como elementos de control y regulación de los condensadores, cabe destacar que en la tubería de descarga se encuentra situado un manómetro (MANA-03) que indica la presión a la que circula el amoníaco y transmite la orden de arrancar o parar los ventiladores y las bombas de agua de Ios condensadores en función de la presión. También se ha instalado un visor de líquido a la salida de la unidad condensadora, que comprobar que la salida de Ios condensadores amoniaco es líquido saturado. En la entrada y salida de Ios condensadores habrá válvulas manuales (VM-05, VM-06, VM-07, VM-08) para poder aislar los condensadores en caso de que fuera necesario, debido a un fallo del equipo, por el mantenimiento periódico o por la substitución del equipo. Depósito de amoníaco (DIP-01) El depósito de amoniaco tiene una capacidad de 1800 litros. En este depósito se almacena el amoniaco a presión. El amoníaco pasa del condensador al depósito por el propio peso de este, ya que la unidad condensadora esta situada a una altura superior. En el depósito habrá instalado un manómetro de alta (MANA-04) y un termómetro (TE-01). En la entrada y salida del depósito habrá válvulas manuales (VM-09, VM-11) para poder aislar el depósito en caso de que fuera necesario. En caso de que se tuviera que vaciar el depósito de amoniaco, se instalará un drenaje en la parte inferior de éste. Para cargarlo, se haría hacer la tapa que hay situada en la parte superior. Válvula de expansión (VEM-01) Se ha escogido una válvula de expansión de tipo manual de la marca CAEN modelo NDE (VR) de acero forjado. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 30 vapor a través de sus paredes. Para saber el grado de hermeticidad de la cámara se realizarán las siguientes pruebas:  Prueba de sobrepresión: Si se crea una sobrepresión de 20 mm.ca en la cámara, ésta no debe disminuir de 15 a 0 mm.ca en menos de 30 minutos por considerar que el estanqueidad sea buena.  Prueba de depresión: Si se crea una depresión de 10 mm.ca en una cámara ésta no debe disminuir hasta 0 en menos de 20 minutos. Reducción de Oxígeno El equipo generador de nitrógeno elegido es de la casa Besseling Agritechnic destinada a la fabricación de equipos para la tecnología ULO (Ultra Low Oxigen). Las principales características del equipo generador de nitrógeno se muestran en la Tabla 1-9: Tipo de Generador Potencia (kW) Fusibles (AMP) Circuito nitrógeno (pulgadas) Dimensiones L*I*h (cm) Peso (kg) Caudal (m3/h) BAT 40/130 44 92 2 250*100*300 2000 130 Tabla 1-9 Características del reductor de Oxígeno. Absorbedor anhídrido carbónico. Se han dimensionado de forma que puedan reducir el CO2 producido por el producto y su ubicación tendrá que ser al exterior de las cámaras. Las características de Ios absorbedores de CO2 son las siguientes: • Capacidad de absorción: 620 kg de CO2/24h. • Potencia eléctrica: 2.6 kW. • Tensión de servicio: 400 V. • Dimensiones: 120x150x2150 mm. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 31 • Peso: 1150 kg. • Volumen del pulmón ULO: 10m3. Además este sistema requerirá los diferentes elementos y automatismos: • Válvulas automáticas. • Manguitos portabridas. • Bridas. • Válvulas de seguridad. • Pasamuros para paneles. • Electro válvulas para extracción de muestras. • Filtro de aspiración. • Tuberías de PVC y accesorios. • Tuberías de cobre y accesorios. • Soportes y bridas. El equipo reductor de CO2 elegido es de la marca Besseling Agri-technic dedicada a la fabricación de equipos para tecnologías ULO. Analizador de oxígeno y anhídrido carbónico Para poder controlar en todo momento el nivel de O2 y CO2 presente en las cámaras, éstas dispondrán de unos medidores adecuados. En este caso se han elegido un analizador automático de gases de la marca Besseling Agritechnic basado en celdas infrarrojas para el CO2 y en celdas paramagnéticas por O2, que estarán conectados al computador que registrará los datos y actuara según las necesidades en cada instante. El control de la composición será diario y la variación admisible de CO2 y O2 no habrá de ser superior al 0.1% por encima o por debajo de la concentración óptima establecida según el tipo de fruto que se esté conservando en la cámara. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 32 Globo de equilibrado de presión Este dispositivo es un globo que actúa tanto en sobre presión como en depresión y su función es la de equilibrar la presión entre el exterior y el interior. La variación de presión interna puede deberse a variaciones barométricas, corrientes de aire entre el interior y el exterior o bien circulaciones de aire desde Ios descarbonatadores. Estos globos estarán constituidos por un material plástico especial para compensar las variaciones de volumen interior de la cámara. El volumen del globo será el equivalente a un 4% del volumen vacío de la cámara. Ordenador La unidad computerizada de control, se encarga de la toma de datos de todos los parámetros referentes a la instalación frigorífica y de atmósfera controlada, los procesa y actúa sobre el mando de las instalaciones para controlarlas automáticamente. El computador desarrollará las siguientes funciones dentro del esquema general de atmósfera controlada:  Toma de datos de O2 y CO2.  Toma de temperaturas.  Toma de humedades relativas.  Programación y control de los tiempos de inyección de N2.  Programación y control de los tiempos de admisión de aire en las cámaras.  Programación y control de los tiempos de funcionamiento de los absorbedores (es necesario que estos funcionen tan solo durante el tiempo justo para lograr el mayor ahorro energético y prorrogar la vida del carbón activo).  Control y procesamiento de los parámetros de temperatura.  Programación y procesamiento de los tiempos de frío.  Programación y procesamiento de los tiempos de ventilación.  Programación y adecuación de las horas puntas de consumo eléctrico. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 33  Programación y control de los ciclos de descarche de los evaporadores.  Programación y control de los tiempos de funcionamiento de los compresores en función del número de cámaras que requieran frío, para conseguir un ahorro energético.  Proporcionar listados y gráficos de temperaturas, humedades relativas y concentraciones de O2 y CO2.  Control y procesamiento de los parámetros del circuito primario.  Control y procesamiento de los parámetros del circuito secundario. Sistemas de control de temperatura El control de la temperatura es un parámetro vital a la hora de conservar y depende de la composición gaseosa en el interior de la cámara y de la humedad relativa. Se necesitarán los siguientes elementos:  Conjunto de placas electrónicas para leer las sondas de temperatura y humedad.  Conjunto de placas electrónicas para gobernarse el frío, ventiladores y deshielo.  Sondas mixtas de temperatura con precisión 0,1ºC y humedad de precisión 0.3 puntos con conversor 4-20 mA.  Sondas de temperatura con conversor 4-20 mA de precisión 0,1 ºC.  Fuente de alimentación para las sondas.  Posibilidad de leer hasta 4 sondas para cámara. Sistema de humidificación Se trata de un sistema de humidificación individualizado para cada cámara, patentado por la empresa leridana “Ilerfrio”. Tiene una gran capacidad de producción de humedad mediante la nebulización de partículas de agua de diámetro igual a 1 micrómetro, gracias a un sistema de inyección de aire a presión y de absorción de agua por efecto venturi. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 34 Este sistema dispone de:  Equipo compresor.  Depósito de poliéster de 60 litros.  Soporte de depósitos.  Válvula seccionadora de bola.  Boya de doble efecto para los depósitos.  Filtros de impurezas.  Electro válvulas de impulsión.  Electro válvulas de aspiración.  Conjunto de nebulizadores compuestos de caja, boca nebulizador, suporte y resistencia.  Cuadro eléctrico en forma de armario para el control de humidificación.  Tubería de nylon y accesorios.  Tubería de PVC y accesorios.  Soportes y bridas. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 35 1.6 Conclusiones Este proyecto describe la instalación adoptada para poder dar servicio a unas necesidades concretas de conservación de la fruta. Estas necesidades nacen de poder ofrecer una gama de productos hortofrutícolas durante un período de tiempo que no sea el propio de la variedad. Garantizando en todo momento su calidad. Los parámetros de diseño, por lo que a volumen de fruta a almacenar y conservar se refiere, es el punto de referencia para calcular la instalación de la planta. A partir de esta finalidad se ha diseñado un circuito de producción de frío con sistema indirecto, que puede proporcionar hasta 997 kW. También forma parte de este proyecto el diseño de distintos paramentos, máquinas y aparatos que forman las cámaras frigoríficas, así como el diseño de la instalación de atmósfera controlada. La implantación de este sistema pretende conservar la fruta durante los meses en que no haya entrada, y conservarla y refrigerarla durante el período en que la central esta a régimen, es decir, los meses en que la actividad en la central es mayor dada la entrada de producto, que son los de Junio, Julio, Agosto y Septiembre. El sistema consta de dos circuitos, el principal y el secundario El circuito principal utiliza el amoníaco como refrigerante. El circuito secundario utiliza una solución de agua y etilenglicol (presente en un 30% de volumen en la mezcla), que hace que la mezcla tenga un punto de congelación mucho inferior a 0°C. El refrigerante se enfría en el intercambiador de placas y va a parar al depósito acumulador. Este depósito esta partido interiormente, de modo que en una parte está el refrigerante secundario proveniente del intercambiador y el otro el que proviene de las cámaras, que se encuentra a una temperatura superior. Así pues, la solución que se encuentra a temperatura inferior porque ha pasado por el intercambiador es el bombeado hacia las cámaras a fin de pasar por los CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 36 distintos evaporadores donde el aire presente en la cámara frigorífica circulará por el interior mediante convección forzada y se producirá un intercambio de calor entre el refrigerante secundario y el aire y posteriormente entre el aire y el producto. Con este sistema de refrigeración se consigue un régimen de compresores estable. También permite tener una reserva de frío en el depósito acumulador y un riesgo de fugas en el circuito de amoníaco muy limitado, dado que no hay grandes longitudes de tubos por los que circule el amoniaco. Este sistema indirecto también ofrece ventajas en cuanto a una mejor regulación de las condiciones ambientales de la cámara, lo que supone unas pérdidas de peso menores de las manzanas y peras. Este sistema se esta implantando cada vez más, principalmente por toda la problemática con los refrigerantes halogenados. Por lo tanto, se considera que la implantación del sistema indirecto de refrigeración es claramente favorable en cuanto a obtener un producto de mayor calidad después del periodo de conservación y en cuanto al respeto con el medio ambiente, ya que no favorece en ningún caso el efecto invernadero, una de las causas del sobrecalentamiento del planeta. La central en estudio dispone de dos tipos de cámaras frigoríficas. Las de prerefrigeración que se utilizan cuando la central está a régimen y están destinadas a reducir la temperatura del producto hasta que ésta sea la óptima de conservación dependiendo del tipo y clase. Luego el producto pasa a las cámaras de conservación en atmósfera controlada. Hay que decir que las cámaras de la central hortofrutícola destinadas a conservar y refrigerar estarán formadas por paramentos especiales de gran hermeticidad a fin de evitar intercambios de calor entre el interior y el exterior. Por medio de la implantación de esta instalación se consigue aumentar notablemente el período de conservación y la calidad del producto. Gracias a la reducción del porcentaje de oxígeno y anhídrido carbónico presentes en la mezcla gaseosa del interior de la cámara, a fin de reducir al máximo el metabolismo de Ia fruta. CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE CONSERVACIÓN DE FRUTA 1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 37 1.7 Bibliografía  López Gómez, Antonio, "Las instalaciones frigoríficas en las industrias agro alimentarías: manual de diseño", Ed. Madrid Vicente, 1994.  Melgarejo Moreno, Pablo, "Aislamiento, cálculo y construcción de cámaras frigoríficas", Ed. Madrid Vicente, 1995.  Koelet, P.e., "Frío industrial fundamentos, diseño y aplicaciones P.e. Koelet versión en español por Manuel Lamúa Soldevilla, Francisco l Gutierrez MatÍas, Ed. Madrid Vicente, 1997.  ASHRAE, "ASHRAE handbook refrigeration", Atlanta American Society of Heating, Ventilating and Air-Condtioning Engineers, 1998.  Lluïsa F. Cabeza, "Sistemes de fred EDITORIAL, 2001. climatització", Ed. P APERKITE  Estanislau Fons Solé, "Calcul de carregues termiques".  Pita, Edward G., "Principios y sistemas de refrigeración", Ed. 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