MEMORIA TCNICA

INTRODUCCIN

reas de ordeo

La sierra ecuatoriana rene incomparables ventajas geogrficas para la produccin de leche dada su posicin con respecto a los rayos del sol. La sierra es la mayor productora del pas con el 73% de la produccin total, seguida por la Costa y la Amazonia que producen el 19% y el 8% del total nacional respectivamente.

Refrigeracin de la leche

El mejor sistema, y prcticamente el nico, de almacenar y conservar la leche en la granja desde el ordeo hasta la recogida por las cisternas de la industria lctea, consisten en enfriarla a una temperatura suficientemente baja y durante un tiempo limitado.

La eficacia del enfriamiento para mantener la calidad de la leche depende de varios factores que estudiamos seguidamente:

Temperatura a la cual pueda ser conservada

Tiempo que pueda ser almacenado

Velocidad de enfriamiento

Temperatura a la cual pueda ser conservada

La leche puede ser enfriada a una temperatura de 3 y 4 C esto permite retardar el crecimiento de los grmenes, el agriaje de la leche, lo planteado se lo puede observar en la siguiente tabla. Estndares establecidos a nivel mundial recomiendan que la temperatura de enfriado debe de ser de 4C, siendo esta las ms ptima para controlar el crecimiento de posibles bacterias.

Al utilizar una temperatura de 3C contribuir a que la leche se congele, con este fenmeno la materia prima puede alterar su composicin, y con esto la calidad de la misma.

Influencia de la temperatura de conservacin en el crecimiento bacteriano en leche cruda almacenada en granja. (Davies, 1955, tomado de Ponce de Len, 1993)

Leche almacenada durante 24 h. a una temperatura de: (en C)

Bacterias/ml

0

4

5

6

10

13

16

20

30

35

2.400

2.500

2.600

3.100

11.600

18.800

180.000

450.000

1.400.000.000

25.000.000.000

En el siguiente grafico est reflejado el nmero de horas que la leche de cada ordeo est en la granja, tomando como base un almacenamiento cada dos das, a las 11 de la maana, y sus respectivos ordeos en las horas de las 7 de la maana y 4 de la tarde, lo cual es lo ms comn en granjas o en pequeos productores agrcolas a nivel de la sierra ecuatoriana.

Duracin del perodo de almacenamiento de la leche, segn el nmero de ordeos en una granja con la recogida cada dos das. (Alonso, 1996)

Ordeos: 7.00 AMy 4.00PM Ordeos = XXXX Recogida: 11.00 AM Sin leche = ******

Cabe recalcar que al realizar el segundo ordeo y al almacenarlo, la misma se guarda a una temperatura de 35C, que es mezclada con la que esta fra, esto se realiza entre 1 y 2 horas mientras dura el ordeo.

Otro hecho que merece la pena estudiar es el efecto que la incorporacin de la leche de los siguientes ordeos tiene sobre la temperatura de conservacin de la leche. Se puede comprobar que la temperatura de la leche no llega a sobrepasar los 10 C, si el tanque refrigerante tiene la capacidad frigorfica adecuada. En consecuencia, la leche ya almacenada eleva su temperatura, sin superar los 10 C, durante un tiempo no superior a 3 horas, lo que es perjudicial, pero a la vez se est consiguiendo un enfriamiento prcticamente instantneo de la leche del 2 ordeo, que pasa de 35 C a una temperatura inferior a 10 C, lo que es muy favorable para su conservacin.

Tiempo que pueda ser almacenado

Sin tomar en cuenta la temperatura ideal para la conservacin de la leche, se tiene que tomar en cuenta que el periodo de almacenamiento al ser mayor, tiende a un mayor crecimiento bacteriano.

Los pequeos productores en la regin sierra al tener una recogida cada dos das deben tener bien presente que cualquier temperatura de conservacin por encima de 5 C puede ser la causa de no obtener una buena calidad bacteriolgica de la leche en el momento de la recogida.

Evolucin del contenido de grmenes en la leche en funcin de la temperatura de conservacin y del perodo de almacenamiento. (Luquet, 1985, tomado de Alonso, 1996)

Velocidad de enfriamiento

Una vez realizado un estudio de ciertos factores importantes dentro de la produccin de leche, se tiene que tomar en cuenta el ltimo de los factores a considerar el cual es:

La velocidad del enfriamiento inicial de la leche siendo otro de los factores que influyen en el nmero total de grmenes, ya que no es lo mismo un enfriamiento prcticamente instantneo que uno de mayor duracin, esto se lo explica mejor en el siguiente cuadro.

Evolucin del contenido de grmenes en la leche durante un perodo de 48 horas con una temperatura de 4 C, en funcin de la contaminacin inicial y de la velocidad de enfriamiento. (Luquet, 1985; tomado de Alonso, 1996).

Contaminacin inicial

(grmenes/ml)

25.000

75.000

125.000

24 h

48 h

24 h.

48 h.

24 h.

48 h

Enfriamiento instantneo

22.000

23.500

79.500

87.750

132.500

188.250

Enfriamiento en 3 horas

23.000

25.500

87.000

101.250

212.500

496.250

Enfriamiento en 5 horas

25.250

30.200

115.500

237.750

273.400

613.800

Durante unas dos horas despus del ordeo el crecimiento de las bacterias es muy lento, para ir posteriormente aumentando de forma rpida. Por este motivo, hay que aprovechar este perodo para enfriar la leche hasta la temperatura de conservacin.

Aislamiento de la cmara frigorfica.

El aislamiento tiene por objeto reducir en lo posible las prdidas de fro a travs de paredes, techos, y puertas. Se trata de hacer la cmara lo ms adiabtica posible, para reducir al mnimo la entrada de calor, y as poder mantener las condiciones interiores con independencia del exterior.

La importancia del aislamiento es mayor cuanto menor es la temperatura inferior, de modo que debe prestrsele una especial atencin en espacios destinados a congelacin, como es en nuestro caso.

Es de vital importancia tambin, disponer de una adecuada proteccin contra la entrada de vapor de agua en el recinto, que producira la formacin de hielo o escarcha sobre nuestro producto almacenado. Esto se conoce como barrera de vapor.

Esta barrera debe reunir las siguientes condiciones:

Ser impermeable al paso del agua.

Ser continua.

Mantener sus propiedades en el tiempo.

Materializacin de la cmara frigorfica usando materiales alternativos miscibles con el medio ambiente

Clculo de la carga trmica

En la prctica, es habitual para las cmaras que utilizan temperaturas de refrigeracin superiores a 0C, una estimacin de la duracin horaria del grupo de frio en 16 horas por da. Teniendo 8 horas diarias para proceder al desescarche del evaporador, tiempo suficiente para realizarlo con xito.

Para mantener el frio en una cmara y todo el material almacenado en su interior, es necesario extraer el calor inicial y despus todo el calor que va entrando por diferentes motivos.

La extraccin total de calor, Q, se puede expresar de la siguiente manera:

Seleccin del refrigerante.

El refrigerante que vamos a utilizar es el R404A, que es uno de los llamados refrigerantes ecolgicos, para un sistema de refrigeracin directo. Es del grupo de los zeotropicos, presenta las propiedades ms idneas para los parmetros de funcionamiento de la instalacin frigorfica, va unido con el desarrollo de la tecnologa y su punto de ebullicin de -46.5C, nos permite trabajar a una sola etapa, volviendo el sistema ms simple y econmico, con lo cual el dimensionamiento de los elementos para la cmara sern establecidos.

Propiedades del R404A

Seleccin del Aceite frigorfico.

En la siguiente tabla se muestra la compatibilidad del aceite a seleccionar con algunos refrigerantes.

Seleccin de compresor.

Normalmente, las instalaciones que trabajan con potencias medias y altas, lo hacen con compresores de tornillo. Su coste es superior a los compresores alternativos, pero tambin es mejor su eficiencia.

Para la instalacin que disearemos, el sobrecoste generado por la implantacin de un compresor de tornillo, se ver compensado con un ahorro energtico importante, por la ubicacin dentro de la sierra ecuatoriana.

La seleccin es un compresor de tornillo abierto, que funciona en una sola etapa de compresin, y que puede instalarse un economizador de forma opcional, para aumentar as su rendimiento.

Datos para la seleccin del compresor.

En la siguiente tabla se muestran los datos utilizados para la seleccin del compresor, que han sido introducidos en la aplicacin informtica de la casa Bitzer.

Fluid frigorfico.

R404a

Potencia frigorfica.

66 kW

Temperatura de evaporacin.

-24C

Temperatura de condensacin.

50C

Recalentamiento aspiracin.

5C

Economizador.

Si

Velocidad de giro.

2.900 rpm

Temperatura descarga.

80C

Por este motivo, la eleccin es el modelo OSN7471-K

El catlogo 2010 del distribuidor de maquinaria y accesorios para instalaciones frigorficas Pecomark.

Calculo del evaporador.

Para proceder a la eleccin del tipo de evaporador entre los disponibles que podemos encontrar en las tablas que nos proporcionan los fabricantes, debemos de tener en cuenta las condiciones en las que trabajar.

Los datos bsicos necesarios, sern:

Carga trmica de la cmara.

Temperatura de evaporacin del refrigerante.

Humedad relativa de proyecto segn las necesidades.

El evaporador utilizado en la cmara fabricada con materiales alternativos ser de circulacin forzada de aire, del tipo dry- ex y con un sistema de desescarche elctrico.

Esto permitir realizar una mejor distribucin del frio en el interior de la cmara, y as conseguir que las diferencias de temperaturas en el interior sean mnimas.

La marca Kobol-Koxka tiene en stock una amplia informacin para la seleccin de los evaporadores de nuestra instalacin.

En la siguiente tabla se muestran los datos utilizados para la seleccin del evaporador.

Tipo de evaporador.

Dry-ex o seco.

Fluido frigorfico.

R404a

Potencia frigorfica.

33 kW

Temperatura de evaporacin

-24C

Temperatura entrada del aire

-18C

Humedad relativa del aire de entrada.

70%

Sistema de desescarche.

Elctrico.

Seleccin del condensador.

El sistema utilizado para la condensacin del fluido refrigerante es con aire como medio de extraccin, por las ventajas que presenta respecto el otro sistema.

La marca Gntner es una de los principales fabricantes de intercambiadores para aplicaciones en la refrigeracin.

Gntner tiene una plataforma que permite al usuario la seleccin de los mismos (GPC)

Slo ser necesario introducir los datos correspondientes del condensador en el men de seleccin, como: temperaturas de trabajo o potencia frigorfica, pulsar sobre ok y obtenemos un listado de condensadores.

Mediante este mtodo el equipo a seleccin del condensador, que han sido introducidos al software de Gntner.

Tipo condensador.

Refrigerado por aire.

Fluido frigorfico.

R404a

Potencia de condensacin

105 kW.

Temperatura de condensacin.

50C

Temperatura entrada del aire

38C

Humedad relativa del aire entrada

67%

Las condiciones de entrada del aire corresponden a las condiciones exteriores de diseo, ya que el condensador por motivos de ergonoma, estar ubicado en la parte trasera de la cmara fabricada con materiales alternativos.

El sistema utilizado para la condensacin del refrigerante, es una condensacin por aire. Este mtodo presenta las siguientes ventajas respecto los refrigerados por agua:

El consumo de agua es casi nulo. Muy importante, ya que el agua es un bien escaso, en las partes altas de la serrana ecuatoriana tal es el caso de Cayambe, y a su vez tiene un coste elevado.

La eficiencia del condensador es independiente del grado de humedad del aire.

Necesita muy poco mantenimiento, debido a su rpida y fcil limpieza.

Luego de aver seleccionado las partes principales se procede la seleccin de los Dispositivos de Control que se los realiza con la ayuda del catlogo ALCO.

Coste de los materiales.

En este apartado sern incluidos todos los gastos de los productos utilizados para la realizacin de la instalacin frigorfica y de proteccin contra incendios. Podemos agrupar los materiales en los siguientes grupos:

Elementos cmara frigorfica.

Grupo compresor y recipiente de lquido.

Intercambiadores.

Canalizacin y accesorios.

Aparatos de regulacin y control.

Equipos de proteccin contra incendios.

Elementos cmara frigorfica.

A continuacin es detallado un listado de los diferentes elementos o materiales de la cmara frigorfica con el nmero de unidades de cada elemento, el coste unitario y total:

Material

Unidades

($/unidad)

Precio ($)

Estructura techo

1

200

200

Puerta cmara.

1

700

700

Iluminacin interior.

7

10

70

Construccion de la camara

1

300

300

Total costes

-

-

1270

Material

Unidades

($/unidad)

Precio ($)

Compresor OSN7471-K.

1

7000

7000

Acople unin Compresor.

1

300

300

Brida fijacin-alineacin Comp-Motor.

1

280

280

Vlvula seguridad descarga.

1

675

675

Separador de aceite + adaptador.

1

3620

3630

Enfriador de aceite.

1

2600

2600

Recipiente de lquido.

1

900

900

Total costes

-

-

15385

Material

Unidades

($/unidad)

Precio ($)

Evaporadores

1

6740

6740

Condensador

1

6055

6055

Total costes

-

-

12795

Total de conceptos por elementos.

Conceptos

Precio ($)

Elementos cmara frigorfica.

1270

Grupo compresor y recipiente de lquido.

15385

Intercambiadores.

12795

Aparatos de regulacin y control.

5.925

Total conceptos

35 375

Mano de obra.

El plan de trabajo previsto por el grupo contempla como primer paso que se deber realizar una estimacin del nmero de horas a dedicar en la realizacin de cada una de las tareas.

Sern definidas 2 tareas diferentes:

Como punto extra cabe recalcar que al ser una cmara que utilizara materiales propios de la zona por su alto nivel de aislamiento, no entra en esta estimacin.

Montaje equipo de frio: Todos los componentes de la instalacin llegan por separado. Debern de ser colocados cada uno en su sitio y su posterior ensamblaje de cada una de las partes. El acoplamiento de los tubos, ocupar gran parte del tiempo dedicado. Sern realizados mediante soldadura in situ.

Puesta en marcha: Una vez realizado el montaje de todos los componentes de la instalacin, tcnicos altamente cualificados verificarn y realizarn las pruebas pertinentes antes de poner la puesta en marcha de la instalacin.

Tarea

Tiempo (horas)

($/hora)

Precio ($)

Montaje equipo de frio.

320

20

6400

Puesta en marcha.

32

25

800

Total costes

352(2meses-2sem)

-

7200

Redaccin del proyecto y gastos de ingeniera.

Tarea

Tiempo (horas)

($/hora)

Precio ($)

Clculos del proyecto.

30

30

900

Redaccin de la memoria.

50

40

2000

Planos.

10

40

400

Gastos adicionales.

300

300

Total costes

-

-

3600

Costo final

Conceptos

Precio ($)

Coste de los materiales.

35 375

Mano de obra.

7200

Redaccin del proyecto y gastos de ingeniera.

3600

Costes totales

46 175

Como podemos observar, el coste total de la instalacin es de:

46 175 $

El costo es elevado pero tratndose de las mejoras que este producir en las pequeas economas de las personas que forman parte de la asociacin, este representa un gasto necesario, con proyeccin de recuperacin a corto plazo. Cabe recalcar que al utilizar materiales alternativos en la construccin de la cmara se ahorra un significativo monto.

Conclusiones

La cmara estar ubicada dentro de una hacienda centralmente ubicada y escogida por la comunidad, para evitar posibles inconvenientes en cuestin de transporte y distancia. De igual forma estar ubicada dentro de una rea especial para evitar la incidencia de emisiones solares sobre las paredes, disminuyendo as la transferencia de calor a travs de la misma.

Hay que aadir que la implementacin del piso mediante ciertos materiales tales como ripio y otros materiales similares, permite tener una ganancia de calor atreves del mismo, por lo que se elimin de la instalacin el aislamiento del suelo.

Se utiliz el refrigerante R404a, ya que presenta las propiedades ms idneas para las condiciones de funcionamiento del sistema frigorfico. Este refrigerante conjuntamente con el desarrollo tecnolgico, pertenece al grupo de los llamados ecolgicos que cumple con los requerimientos de minimizar el impacto ambiental.

Para la seleccin de los equipos en base a los parmetros de funcionamiento, se consult los catlogos de reconocidos fabricantes. Para la seleccin de los dispositivos auxiliares y de control se us catlogos existentes.

Se seleccion un evaporador del tipo dry- ex y con un sistema de desescarche elctrico.

La seleccin del condensador se realiz con la ayuda del software Gntner que permite tener estimaciones exactas para la seleccin del mismo.

Usar aislamiento trmico principalmente en las tuberas de succin y descarga, para evitar prdidas energticas.