REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

COD. 201062

PROYECTO FINAL

JOSE A ARANDA

94270410

DICIEMBRE 12 DE 2011

CAMARA FRIGORIFICA PARA ALMACENAMIENTO DE MANGO

INTRODUCCION

Tanto la materias primas como los productos frescos desde su recolección hasta su

consumo pasan por una serie de etapas que implican un tiempo, con lo que se

constituye una fase de almacenamiento más o menos larga cuyas condiciones son muy

importantes para mantener las condiciones optimas del alimento.

La conservación es pues una lucha contra la degradación de los alimentos que busca

mantener las características organolépticas naturales de los alimentos, evitando

problemas como enranciamientos, descomposición, lipolisis, alteraciones de la textura,

pérdida de color y deterioro del producto en general.

El frío es una técnica de conservación de los alimentos en la que se detiene o ralentiza la

actividad celular, las reacciones enzimáticas y el desarrollo de los microorganismos.

Alarga la vida de los productos frescos, las plantas y los animales mediante la limitación

de su alteración celular, no destruyendo los microorganismos o toxinas, pues estos

microorganismos pueden reanudar sus actividades en el momento que retornen a una

temperatura favorable.

Es de vital importancia que los ingenieros de alimentos conozcan cada uno de los

efectos que la aplicación de frio trae sobre la conservación de los alimentos pues esta

constituye uno de los aspectos más importantes a nivel de las industrias de alimentos.

No obstante los profesionales egresados de la UNAD deberán estar en capacidad de

sortear situaciones y aplicar conocimientos adquiridos con el fin de dar solución a

problemáticas frecuentes en la industria de alimentos.

GENERALIDADES

El mango es una fruta tropical cuyo nombre científico es “Mangifera Indica ”, originario

de la India aunque también es originario del Sudeste Asiático, lugares en los cuales ha

sido cultivado por más de 4000 años. Al igual que en otras frutas y vegetales el clima es

de vital importancia en la planta de mango, es decir los árboles localizados en lugares

que tengan clima caliente y seco producirán más rápido que aquellos lugares que tengan

un clima templado y húmedo

CAMARA FRIGORIFICA

La posibilidad de ofrecer los frutos durante un período más largo tiene una importancia

alimenticia y económica muy grande. Para ello se almacenan los productos en cuartos

frigoríficos a temperatura apropiada que permite ofrecerlo al consumidor mucho tiempo

después de la cosecha. Hay tablas que indican a qué temperatura y humedad relativa y

cuál es el tiempo máximo que es necesario mantener cada uno antes de enviarlos al

mercado.

Cámaras frigoríficas de aire controlado (Atmósfera Controlada)

Disminuyendo la proporción de oxígeno en el aire de la cámara, disminuye el ritmo de

"respiración" de la fruta y ello permite prolongar el tiempo que la fruta permanece en el

frigorífico. Uno de los métodos es reducir el oxígeno a 1%, remplazando el faltante con

nitrógeno (gas inerte) y manteniendo constante el porcentaje de CO2. Firmas

especializadas venden equipos apropiados que cambian la composición de la atmósfera

de la cámara y controlan que no varíe durante todo el tiempo hasta la apertura. De esta

forma se puede mantener la venta de manzanas y peras hasta la cosecha del año

siguiente. En las publicaciones consultadas hay referencia a diferentes fórmulas y

equipos que se aplican a otros frutos con el objeto de exportar en contra estación en

contenedores con aire tratado, en barco, frigoríficos.

Enfriamiento rápido

A medida que baja la temperatura, la actividad de las bacterias disminuye y también el

ritmo de respiración, por eso es importante llegar en el menor tiempo a +/- 10 °C. En el

caso de peras y manzanas se permite llegar en 24 horas pero en muchos casos es

necesario llegar más rápido.

EQUIPO DE REFRIGERACION

El equipo de refrigeración comprende un compresor de gas movido por un motor

eléctrico, un intercambiador de calor con un caño en forma de zigzag llamado

condensador, otro con caño en forma de serpentín llamado evaporador y una válvula de

expansión, todos interconectados por caños de cobre formando un circuito cerrado. En

el interior de la cañería se introduce el gas refrigerante por medio de una válvula. El

compresor y el condensador están fuera de la cámara frigorífica mientras que la válvula

de expansión y el evaporador dentro de la cámara, generalmente sobre el marco de la

puerta de entrada. Al trabajar el compresor eleva la presión del gas que llega caliente de

la cámara por las calorías que tomó de los productos almacenados. Cuando el gas llega a

los valores de presión y temperatura previstas le corresponde al gas pasar por el

condensador a la fase liquida emitiendo calor latente de fusión. El condensador está

provisto de aletas que transmiten el calor que pasa por las paredes del caño al aire. Si es

necesario se instala un sistema de lluvia de agua en circuito cerrado que ayuda a disipar

el calor. El largo del serpentín está calculado para que el gas licuado salga del

condensador a temperatura ambiente. Pasa entonces por la válvula de expansión, ya en

el interior de la cámara, y pierde presión. Al llegar al evaporador el gas esta frío y sin

presión. le corresponde volver a su estado gaseoso. Necesita calor latente de

evaporación. Éste lo toma del caño de cobre que por ello se enfría y este a su vez toma

calor del aire. Con ayuda de un ventilador se establece una corriente de aire caliente de

la cámara que pasa por el serpentín del evaporador entregando calorías del aire y de los

productos almacenados.

FACTORES DETERMINANTES EN LA CONSERVACION DE MANGO

Transporte y conservación de alimentos.

Durante a l t r ansport e a s í como duran te l a conse rvac ión de los

a l imentos se debe mantener permanentemente la temperatura de los productos en la

banda deseada. Esto e s f u n d a m e n t a l p a r a m a n t e n e r

a d e c u a d a m e n t e l a s c a r a c t e r í s t i c a s f í s i c a s y microbiológicas de los

alimentos. Durante la conservación y transporte inadecuados de los productos

alimenticios se puede producir diversos tipos de alteraciones:

Proliferación microbiana

Si durante el transporte o conservación del producto suben las temperaturas,

aunque sea por un periodo corto de tiempo, se vuelven a reactivar los

microorganismos presentes, dando lugar a un deterioro microbiológico del alimento.

Alteraciones enzimáticas

Q u e p r o d u c e n d e s n a t u r a l i z a c i ó n d e l a s p ro t e ínas y

descomposic ión de la s gra sas , e s ta ac t ividad enzimát ica e s

consecuencia del desarrollo de microorganismos que se reavivan al subir la temperatura

de almacenamiento o transporte.

Desecación de los productos

(Perdida de humedad), que se puede evitar con una buena congelación ultrarrápida y

una conservación y transporte en adecuadas condiciones. Los productos mejor

envasados conservan mejor la humedad.

Perdidas de color y perdida de vitamina C

En almacenamientos muy pro longados se puede p roduc i r pe rdida de colo r

y de vi t amina C como c o n s e c u e n c i a d e l a l u z y e l a i r e . P o r

e l l o s i e m p r e s e a c o n s e j a l a conservación de los productos envasados y al

abrigo de la luz. Las pérdidas de vitamina C se puede recuperar en algunos casos el 20%

del total cuando además, las temperaturas son altas en el almacenamiento y transporte.

Relación tiempo – temperatura.

Cuando más baja es la temperatura de almacenamiento, mayor es la duración del

producto.

Etileno

El etileno es un hidrocarburo (C2H4) que una hormona exhala en determinados frutos en

forma brusca al comenzar la maduración e influye acelerándola y dando características

particulares de color y textura. Esos frutos son llamados climáticos.

Calidad inicial del producto

Aunque la conservación y transporte se hagan en las debidas condiciones, si el

producto no era de calidad, no se pueden pedir milagros.

EFECTO DE LA FRIGO CONSERVACIÓN

La conservación de los frutos a bajas temperaturas influye en diferentes

procesos biológicos como son:

Respiración:

La respiración es el principal proceso de deterioro de los frutos, el mismo es

atenuado por la baja temperatura, que logran disminuir la tasa respiratoria y la pérdida

excesiva de agua, así como la velocidad de las reacciones bioquímicas y enzimáticas. La

velocidad de re spi rac ión de un f ruto se reduce a la mi tad por cada 10 ºC

en que d i sminuye l a temperatura. En los f rutos c l ima té r i cos como e l

mango , la s t empera tura s a l ta s de más de 40 ºC muestran un incremento en la

actividad respiratoria, por el contrario, temperaturas bajas Menores de 13ºC disminuyen

su respiración y prolongan su vida de anaquel.

Deshidratación:

L a s p é r d i d a s d e p e s o e n l o s f r u t o s s e i n c r e m e n t a n c o m o

c o n s e c u e n c i a d e l a t ranspi rac ión después de l a cosecha y s ign i f i ca

una di sminución de la ca l idad y aceptabilidad, estas pérdidas suelen

ocasionar mermas superiores al 5% durante la comercialización, al 7 % en la

conservación frigorífica durante tres meses y posterior comercialización.

Pérdida de la calidad y senescencia:

En la post-cosecha, los frutos evolucionan hacia la senescencia con pérdidas de calidad,

ablandamiento, pérdida de acidez, vitamina C y características organolépticas (sabor y

comestibilidad). La velocidad de reacción de los procesos metabólicos, que llevan a

la pérdida de calidad se duplica por cada 10ºC de aumento de la temperatura

y en el rango de 0 a 10ºC puede llegar incluso a sextuplicarse.

Podredumbres:

La aplicación del frío disminuye los riesgos de aparición y desarrollo de ciertos agentes

causantes de alteraciones como bacterias, hongos y levaduras .Aunque es importante

señala r que puede di sminui r la acción de los microorgan i smos , pe ro

no inhibe la germinación de esporas de los patógenos que contaminan a las frutas.

Para reducir la incidencia de alteraciones patológicas durante el almacenamiento

frigorífico se deben tomar una serie de medidas higiénicas y profilácticas que van desde

evitar el máximo de heridas y golpes en la recolección y transporte al almacén, pasando

por una periódica l impieza y de s infecc ión de l a s ca ja s de campo, l ínea

de manipulac ión , a lmacén y cámaras frigoríficas y se completan con un

tratamiento fungicida aplicado a la propia fruta.

VARIABLES MANEJABLES DURANTE LA FRIGO CONSERVACIÓN.

Los factores que determinan el éxito del almacenamiento son la temperatura, humedad

relativa y la composición de la atmósfera que rodea al fruto.

Temperatura

La temperatura constituye una de las variables más importante para la conservación de

los productos hortofrutícolas. Siendo necesario el control de esta en los

locales de almacenamiento, ya que a medida que disminuya la temperatura, se retarda

la pérdida de calidad de los frutos. Sin embargo, existen limitaciones en cuanto a las

temperaturas mínimas que pueden aplicarse en la Frigo conservación. Den t ro de es t a s

l imi tac iones se encuen tra la t emperatu ra de conge lación de

los p roduc tos hor to f rut í cola s . Los f rutos y ve ge ta l e s pa ra consumo

en f re sco , deben mantener activo su metabolismo y esto solo puede conseguirse en

fase líquida, por lo no pueden ser sometidos a temperaturas inferiores a las de

congelación que oscilan entre 0ºC y - 1.5ºC. La segunda limitación es que algunos de

los productos de origen tropical y subtropical, presentan sensibilidad a las bajas

temperaturas que se manifiesta por diferentes alteraciones y manchas en la

piel, conocidas generalmente como lesión o daño por frío y que pueden causar una alta

pérdida de calidad comercial.

Humedad relativa

Para evitar la deshidratación junto con el empleo de las temperaturas bajas se utilizan

humedades relativas elevadas. La humedad relativa adecuada para un

determinado producto dependerá de la relación superficie/volumen de éste. A

medida que esta relación es mayor, la transpiración también lo es. Un valor de la

humedad relativa entre85 –95 % es lo aconsejable para lograr el objetivo de la

conservación (Guerra, 1996).Durante la conservación frigorífica el control de la

humedad relativa constituye un a s p e c t o f u n d a m e n t a l p a r a d i s m i n u i r

l a s p é r d i d a s d e a g u a . E l u s o d e s i s t e m a s electrónicos de control y

boquillas de pulverización cuarzo permiten una perfecta nebulización con un costo

razonable.

Renovación y circulación del aire en las cámaras frías.

La renovac ión y c i rcul ac ión de l a i re en la s cámaras f r ía s son

fundamenta l e s pa ra mantene r en los nive le s adecuados la

concen t rac ión de O2 y CO2. La renovación periódica de la atmósfera se

justifica por la necesidad de eliminar los gases y volátiles indeseables que se producen,

mucho de ellos derivados de la actividad metabólica de los frutos. La recirculación es

necesaria para uniformar las condiciones deseadas en todos los puntos de las cámaras, siendo

necesario estibar y almacenar la carga, para que el aire recircule por todos los alrededores de la

unidad. La v e l o c i d a d d e r e c i r c u l a c i ó n d e a i r e m e d i a n t e

v e n t i l a d o r e s d e b e p e r m i t i r u n movimiento débil y continuo del aire dentro

de la cámara, sin sobrepasar la velocidad ent re pal le t s , permi t iendo a s í una

un i f icac ión de la a tmósfe ra de l a cámara y l a eliminación de los productos

volátiles que la fruta desprende.

Para sacar el mayor provecho del almacenamiento en el frigorífico de frutas como el

mango, hay que realizar correctamente operaciones previas en la cosecha y post cosecha

en resumen podríamos hablar de una aplicación integral de BPA (Buenas Prácticas

Agrícolas) y BPM (Buenas Prácticas de Manufactura) de la mano con un programa

HACCP.

Cosecha

El fruto debe ser cosechado al comenzar el período de maduración para que le quede,

después de enfriado, el tiempo necesario para el empaque y las etapas de

comercialización y al consumidor le llegue días antes de la completa maduración.

Durante la cosecha se debe evitar que el fruto reciba golpes. En fincas grandes el

cosechador deposita el fruto en una bolsa de tela que lleva adherida a la cintura. Cuando

está llena vuelca el contenido en cajones, situados entre las filas de los árboles, que

pueden contener 300-400 kg de fruta. También es posible que el cosechador deposite el

fruto unidad por unidad a los cajones evitando asi golpes irreversibles ocasionados

muchas veces por las bolsas. Los cajones que en el pasado eran de madera y ahora

generalmente de plástico, son de diferentes medidas. Un modelo es de 1,60 x 1,05 m y

0,60 m de alto y otro 1,12 x 1,12 m y 0,80 m de alto, y tienen patas que encajan en el

marco superior de un cajón inferior formando estibas. Un tractor, que tiene montado a la

toma de fuerza hidráulica un aplique que lo transforma en un montacargas elevador, lo

transporta a un camión y éste al patio techado del frigorífico. En fincas pequeñas el

cosechador lleva una caja de plástico para 20 kg. Cuando la llena, la lleva a un techado

formando estibas y un camión las transporta al frigorífico. El daño a los tejidos por

golpes o caídas no se notan en el momento pero el tejido dañado es atacado por

bacterias y al poco tiempo se pudre, lo que daña a los frutos que están en la cercanía. En

otros casos aparecen manchas en la piel.

Post Cosecha

Cuando el lote está programado para permanecer en el frigorífico muchos meses o está

destinado a la exportación, este es inmediatamente tratado en un Drencher o bañera de

agua con productos fitosanitarios de fumigación y tratamiento de heridas específicos,

para facilitar así su posterior conservación de larga duración en las, evitando así que la

podredumbre o la infección por tierra del campo entre en contacto durante todos estos

meses con el propio fruto. Las cámaras frigoríficas de larga duración también son

conocidas como de Atmosfera Controlada, ya que esta se encuentra totalmente cerrada

al exterior y presurizada con lo que sus aires internos están controlados mediante

válvulas y valores relativos de humidad y temperatura conectados a ordenadores

industriales.

LA CAMARA FRIGORIFICA PARA ALMACENAR MANGO

Es un método de conservación con el frío que ayuda a mantener las

características organolépticas de los FRUTOS por un mayor tiempo del que

se lograría al medioambiente, pero sin que se logre mejorar la calidad el producto

final.

DISEÑO

La cámara tendrá un diseño compacto rectangular, la paredes estarán montadas sobre

rieles que permiten solo en caso de ser necesario (inspección sanitaria, lavado general,

descargue rápido, etc.) deslizarlas permitiendo una apertura panorámica de la cámara, la

puerta frontal contara con sistema de cerrado y apertura de sensor infrarrojo que

permitirá tener “manos libres” facilitando el trabajo de los operarios además de dejar a

un lado las cortinas convencionales plásticas que constituyen un foco de contaminación

y permiten el intercambio de calor con los alrededores. Contara también con termostatos

digitales exteriores e indicadores de humedad.

DIMENSIONES DE LA CAMARA FRIGORIFICA

La cámara tendrá unas dimensiones de 7.3 m de ancho, 8.2 m de largo y una altura de

2.0 m lo cual permitirá almacenar 9600 kg de mango verde.

Almacenamiento

En canastillas de 0,4*0.6*0.3 metros con capacidad para 30 kg, montadas en estibas de

pvc inyectado del siguiente modo 20 canastillas por estiba siendo la cámara con

capacidad para 16 estibas separadas a 1.0 m entre hileras y a 0.5

Lo cual permitiría además de facilitar su manipulación una refrigeración homogénea, un

cargue y descargue mas rápido de las canastillas lo cual evitaría que las cargas externas

de calor por ingreso y permanencia de los operarios sean mayores.

Materiales de construcción

La Cámara estará construida de paneles prefabricados de acero (isopaneles), los cuales

están constituidos por un núcleo de poliuretano inyectado “in-situ” entre dos láminas

preformadas de acero galvanizado, prepintadas con dos capas de poliéster blanco,

material resistente a la sal, este panel está formado como un sándwich.

El cuarto frigorífico tendra piso, paredes y techo recubiertos con varias capas de

material plástico aislante y entre ellas una chapa metálica para impedir la filtración de

humedad (vapor de agua).

Sala de máquinas incluye:

Compresor y su motor eléctrico, condensador con ventilador para enfriarlo, (cabe

señalar que no siempre se encuentra al interior de la sala de máquinas debido a que debe

liberar gran cantidad de calor, conforme la magnitud de la instalación) generador y

compresor de emergencia capaz de mantener la temperatura reinante en los cuartos en

caso de falla del equipo o de la corriente o desperfecto del compresor, tablero de

mandos de la maquinaria y la iluminación.

Cálculo y selección del Aislamiento.

El aislamiento tendrá los siguientes espesores:

• Paredes: 8 cm

• Puertas 8 cm

• Techo 9 cm

Cálculo de la Carga Frigorífica

Los datos necesarios para el diseño de la cámara de refrigeración son los siguientes:

El peso del producto es importante para el dimensionamiento de los equipos. A

mayor cantidad de producto trabajado se necesitará un equipo de mayor capacidad para

poder enfriarlo. La temperatura del producto y la temperatura a la cual

deseamos enfriarlo. Cuanto mayor sea la temperatura inicial mayor será la

necesidad de capacidad frigorífica (mayor capital) y de consumo energético (costos

de operación). Es por esto que proteger al producto llevándolo a la sombra lo antes

posible no sólo evita el deterioro, sino que también ahorra pesos en la factura de

electricidad. De igual manera cuanto menor sea la temperatu ra a l a cua l

que rem os l leva r a l produc to , mayor se rá e l r eque r imiento frigorífico. La

velocidad a la cual deseamos enfriar. A mayor velocidad, mayor requerimiento de

capacidad frigorífica. Aunque lo ideal es enfriar lo más rápido posible es

necesario encontrar una solución de compromiso entre velocidad y necesidad de

inversiones de capital para alcanzar dicha velocidad. El método de pre-enfriado, como

veremos más adelante, será además limitante de la velocidad de enfriamiento. El calor específico

depende de la especie, variedad y hasta cierto punto puede depender de las condiciones de

cultivo, pero en general no es posible manejarlo.

Datos para el cálculo de la carga frigorífica

Temperatura exterior promedio [Tm] 32 °C 90°F

Temperatura de almacenamiento [TA] 13 °C 55.4 °F

Temperatura inicial de la fruta [Ti] 20 °C 68 °F

Temperatura de bulbo húmedo [TWB] 10.83 °C 51.5°F

Humedad relativa de almacenamiento [HRA] 85-95 % 85-95 %

Humedad relativa del medio [HRM] 80 % 80 %

Calor de respiración del mango [lr] 2440 Kcal/TM/dia 8800 BTU/TM/dia

Calor específico del mango [c] 15.96 Kcal/Kg/°C 0.85 BTU/lb/°F

Calor latente del mango [cl] 64.98 Kcal/Kg 117 BTU/lb

La carga frigorífica será igual a la suma del calor producido por:

• Aportes Internos

• Aportes externos

• Aportes misceláneos

Selección del Refrigerante

El refrigerante HCF – 134a tiene un temperatura critica que es igual a 101.08 °C,

superior a la temperatura de condensación (determinada en el siguiente capítulo) y de la

misma forma la temperatura de evaporación es mayor a la de ebullición del refrigerante

(-26.6 °C) as la presión atmosférica.

Entonces el refrigerante a ser seleccionado por las razones antes expuestas será el HCF

– 134a.

CÁLCULO DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN

Determinación de la temperatura de condensación

Para determinar la temperatura de condensación se partirá del dato conocido de la

temperatura ambiente, entonces para condensadores enfriados por aire, la temperatura

de condensación tendrá un ΔT mayor a la temperatura media en el rango de 10 a 15 °C.

TCONDENSACIÓN = TMEDIO + ΔT

TCONDENSACIÓN = 45 °C

Determinación de la temperatura de evaporación.

El factor a considerar para la selección de la temperatura de evaporación es la humedad

relativa a la que se deberá encontrar el medio a enfriar.

En este caso con una humedad relativa de 85% para evaporadores de tubos con aletas, la

diferencia de temperatura recomendada varía entre 7 y 8 °C.

T EVAPORACIÓN = T ALMACENAMIENTO - ΔT

T EVAPORACIÓN = 13 °C – 8 °C

T EVAPORACIÓN = 5 °C

CONCLUSIONES

A pesar de que la inversión inicial es elevada esta se ve compensada con la

disminución en la perdida de producto.

En Colombia gran parte de la producción de mango se pierde, pudiendo ser

tratada y exportada a otros países.

El equipo a ser instalado debe tener una capacidad de 11 toneladas de

refrigeración

Del correcto diseño de las cámaras de refrigeración depende el éxito de la

conservación.

BIBLIOGRAFIA

PITA EDWARD, “Principios y Sistemas de Refrigeración”, Editorial Limusa, Primera Edición en Español, México 1991

AVILAN LUIS, ALVAREZ CARMELO, “El Mango”, Editorial América, Primera Edición, Chacaito Caracas Venezuela, 1990

MODULO REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS.

CIBERGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_frigor%C3%ADfica

http://www.mango.org/media/55759/manejo_de_%20la_maduraci%F3n_del_ma

ngo.pdf

http://www.usmef.org.mx/USmeat2/Paginas/inicio.php?accion=procesos_congel

acion

http://www.marearoja.cl/spip.php?article320