Facultad de
Ciencias
Agrícolas
(U.A.G.R.M)
Ingeniería
Agrícola
Proyecto: Diseño y Análisis
Termodinámico de un Almacén
Frigorífico para Manzanas
Integrantes Grupo “A”
Danny Hernandez
…
…
Doc. Ing. Jorge Vaquera
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Diseño y Análisis Termodinámico de un Almacén Frigorífico para Manzanas - Prof. Díaz, Summaries of Agricultural engineering
El diseño y análisis termodinámico de un almacén frigorífico para el almacenamiento de manzanas. Se determinan las dimensiones adecuadas del almacén y las cajas de almacenamiento, se estima la carga térmica total del sistema, incluyendo las pérdidas de calor a través de las paredes, techo y piso, y se proponen conclusiones y recomendaciones para mejorar la eficiencia energética del almacén. El objetivo es diseñar un almacén frigorífico eficiente que garantice la temperatura óptima para la conservación de las manzanas y minimice las pérdidas de energía. El documento aborda aspectos clave como el diseño del almacén, el cálculo del espesor del aislante térmico y la estimación de la carga térmica total, brindando información valiosa para el desarrollo de un sistema de refrigeración adecuado y eficiente.
Typology: Summaries
2022/2023
1 / 15
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Facultad de
Ciencias
Agrícolas
(U.A.G.R.M)
Ingeniería
Agrícola
Proyecto: Diseño y Análisis
Termodinámico de un Almacén
Frigorífico para Manzanas
Integrantes Grupo “A”
Danny Hernandez
Doc. Ing. Jorge Vaquera
Montero, Santa Cruz, Bolivia
I. TÍTULO
Diseño y Análisis Termodinámico de un Almacén Frigorífico para
Manzanas
Objetivo General
Diseñar un almacén frigorífico eficiente para el almacenamiento de
manzanas, garantizando la temperatura óptima para su conservación y
minimizando las pérdidas de energía.
Objetivos Específicos
- Determinar las dimensiones adecuadas del almacén y las cajas
para almacenar 2000 kg de manzanas diarias.
- Calcular el espesor del aislante térmico necesario para mantener
la temperatura interna en 0°C.
- Estimar la carga térmica total del almacén, incluyendo las pérdidas
de calor a través de las paredes, el techo y el piso.
- Proponer conclusiones y recomendaciones para mejorar la
eficiencia energética del almacén.
II. MARCO TEÓRICO
El almacenamiento de frutas como las manzanas requiere condiciones
específicas de temperatura y humedad para evitar su deterioro. El
proceso de refrigeración implica la remoción de calor del interior del
almacén para mantener una temperatura constante y baja. La eficiencia
del sistema de refrigeración depende en gran medida del diseño del
almacén y de los materiales aislantes utilizados.
III. DISEÑO
Material del Almacén
- Puerta: Acero con aislante, dimensiones 1.5 m x 2 m.
- Paredes: Composición multicapa:
Supongamos que el almacén tiene forma cúbica:
∛(10 m³) = 2.15 m ≈ 2.5 m
Por lo tanto, las dimensiones aproximadas del almacén podrían ser de
2.5 m x 2.5 m x 2.5 m para un volumen total de 15.625 m³,
considerando espacio adicional para aislamientos y maquinaria.
En cuanto al techo de losa sería lo siguiente sumamos 100 cm +30 cm =
130 cm
Las dimensiones del techo serían 3.8 m×3.8 m
Vistas del diseño del almacén frigorífico:
Plano de diseño
Isométrico
Frontal
Lateral
b) Di
menciones y número de las cajas para las manzanas
Dimenciones de las cajas
Podemos ahora definir las dimensiones de cada caja de manera práctica.
Las cajas deben ser de tamaño manejable y optimizadas para el espacio
del almacén.
Supongamos que las dimensiones de una caja son de 0.52 m x 0.34 m x
0.32 m:
Estas dimensiones permiten un volumen cercano al necesario para 20 kg
de manzanas por caja.
Volumen de una caja = 0.52 m × 0.34 m × 0.32 m = 0.056 m³
Número de cajas necesarias
n ° cajas=
3.33 m
3
0.056 m
3
n ° cajas ≈ 60
Disposición de las Cajas en el Almacén
Para organizar las cajas dentro del almacén:
Supongamos que las dimensiones internas del almacén se utilizan de
forma eficiente (aproximadamente 2.5 m x 2.5 m x 2.5 m).
Podemos disponer las cajas en filas y columnas, dejando espacio para la
circulación de aire y acceso.
Considerando las dimensiones de las cajas y dejando espacio para
manejo y circulación, una disposición plausible podría ser:
- Base del Almacén : 2.5 m x 2.5 m
Número de cajas en una fila a lo largo 2.5 m:
2.5 m/0.52m = 4.8 = 5 cajas
Número de filas a lo largo de una columna a lo largo de 2.5 m:
2.5 m/0.34 m = 7.35 = 8 filas
- Altura del Almacén : 2.5 m
Número de niveles de cajas a lo largo de 2.5 m:
2.5 m/0.32 m = 8 niveles
Total de Cajas
Total de cajas= 5
cajas
fila
× 8
filas
columna
× 8 niveles= 320 cajas
Esto sugiere que el espacio del almacén es más que suficiente para
almacenar las cajas necesarias para 2000 kg de manzanas (60 cajas),
permitiendo una disposición que favorezca el acceso y manejo
adecuado.
c) Estimación de Personal
Para un almacén con las dimensiones especificadas (aproximadamente
2.5 m x 2.5 m x 2.5 m) y una capacidad de almacenamiento de 2000 kg
Donde:
( Q ) es la tasa de transferencia de calor
( K ) es la conductividad térmica del material aislante
( A ) es el área de la superficie a través de la cual se transfiere el calor
( T_interior es la temperatura interna del almacén (0°C)
( T_externa es la temperatura externa (33°C)
( L ) es el espesor del material aislante
Clasificación de
Aislante
Valores de Q/A en
[W/m²]
Excelente 9
Bueno 12
Aceptable 14
Regular 18
Malo >
Valores de aislante según categoría
Despejando L, se tiene:
Q
A
−K ( Tinterior−Texterior )
L
L=
K (Tinterior−Texterior )
Q
A
L=
W
m° C
× ( 0 − 33 ) ° C
W
m 2
=0.0069m × 100
se toma L=0.7 cm
e) Carga Térmica
La carga térmica total incluye:
▪ Pérdidas de calor a través de las paredes, techo, piso y puerta.
▪ Calor generado por la actividad humana y equipos en el almacén.
Para calcular la carga térmica de una pared:
Q=Σ(
Ki × Ai × ΔT
Li
Donde ( K_i ), ( A_i ), y ( L_i ) representan la conductividad térmica, el
área y el espesor de cada capa respectiva de la pared.
1. Perdida de calor por penetración (Qpen)
Área de las paredes Frontal, Lateral, Superior y Piso:
Frontal (Pared)
A = 2.5 m × 2.5 m × 2 = 12.50 m²
Lateral (Pared)
A = 12.50 m²
Superior (Techo)
A = 3.8 m × 3.8m = 14.44 m²
Piso
A = 6.25 m²
Puerta
A = 1.5 m × 2 m = 3 m²
Qpen=Qf +Ql+Qs+Qps+Qp
Qf =
− A ( Tin−Tex )
Lcem
Kcem
Kl
Ly
Ky
Lai
Kai
[
12.50 m 2 × ( 0 − 33 ) ° C
]
(
)
m 2 ° C
w
¿ 139.97 W
Qf =Ql
Ql=139.97 W
Qs=
− A ( Tin−Tex)
Lcem
Kcem
Lcom
Kcom
Lais
Kais
−14.44 m 2 ×( 0 − 33 ) ° C
(
)
m 2 ° C
w
=166.20 W
Densidad del aire en el Dpto de SantaCruz ( ρ=1.
kg
m 3
Calor específico del aire (Caire=1.
KJ
Kg° C
Por lo tanto el Qinf. Será:
Qinf =n× ρaire ×Vcámara × Caire ×(Tex−Tin)
Qinf =2.08 × 10
− 4
veces
s
× 1.
kg
m
3
×15.625 m
3
× 1.
KJ
kg ° C
× ( 33 − 0 ) ° C
Qinf =0.13 KJ =0.13 KW × 10
3
= 130 W
3. Pérdida de calor por el producto (Qprod)
Enfriando diariamente 2000 kg de manzanas de 33°C a 0°C.
m= 2000
kg
día
×
1 día
86400 s
kg
s
Calor específico de la manzana( Cman=3.
Kj
kg °C
Qprod=m×Cman ×( Tex−Tin )
Qprod=0.
kg
s
×3.
KJ
kg °C
× ( 33 − 0 ) ° C
Qprod=2.
KJ
s
=2.88 KW × 10
3
= 2880 W
4. Pérdida de calor por las personas que trabajan en el
frigorífico (Qper).
En una cámara frigorífica, el cuerpo humano reacciona de manera
diferente debido a la temperatura ambiente más baja. Sin embargo, el
calor liberado por el cuerpo durante la actividad física en términos de
energía metabólica no cambia drásticamente, aunque el cuerpo pueda
generar más calor para mantener la temperatura corporal.
Para una persona trabajando en condiciones de frío, como en una
cámara frigorífica, el cuerpo puede aumentar la producción de calor para
mantener la homeostasis térmica.
Asumiendo un rango de actividad física media a intensa en condiciones
de trabajo, podemos usar las siguientes tasas de calor liberado como
estimaciones:
En condiciones de frío, la tasa de producción de calor podría estar en el
extremo superior de estos rangos debido a la mayor demanda del
cuerpo para generar calor y mantener la temperatura corporal. Por lo
tanto, una estimación razonable podría estar cerca de 720 kJ/h para
actividad física ligera y hasta 1440 kJ/h o más para actividad física
intensa.
Tomando el promedio de q = 1080 KJ/h se tiene:
T = 4 h y n = 4 personas/día
Qper=n × q ×T
Qper= 4
personas
día
× 1080
kJ
personas× h
× 4 h= 17280
kJ
día
Qper= 17280
kJ
día
×
1 día
86400 s
kJ
s
=0.2 KW × 10
3
= 200 W
Carga térmica total
ÍTEM CARGA TÉRMICA
[W)
Penetración 539
Infiltración 130
Producto 2880
Personas 200
Total 3749
Qtotal= 3749 W =3.74 KW × 3410 = 12753 BTU /h
IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
- Dimensiones Adecuadas: El almacén debe tener
dimensiones de aproximadamente 2.5 m x 2.5 m x 2.5 m para
almacenar cómodamente 2000 kg de manzanas con espacio
adicional para maniobras
- Las dimensiones de las cajas para las manzanas podrían ser
0.52 m x 0.34 m x 0.32 m, lo que permite un almacenamiento
eficiente y manejable. La capacidad total del almacén es más