FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

“Diseño de lavadora de mango - 24 TM/hora para optimizar la producción en la empresa EXOTIC´S PRODUCERS & PACKERS

(EPP) - Jayanca”

TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE: Ingeniero Mecánico Electricista

AUTOR:

Calvay Tiquillahuanca, Elgar Anibal (ORCID: 0000-0002-7864-4661)

ASESOR:

Dr. Salazar Mendoza, Aníbal Jesús (ORCID: 0000-0003-4412-8789)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:

Modelamiento y simulación de sistemas electromecánicos

CHICLAYO – PERÚ

2021

ii Dedicatoria

Dedico este trabajo de investigación a mis padres quienes me forjaron la vida, educación, y consejos. A mis condiscípulos de estudio, a mis profesores y amigos, con quienes sin su apoyo nunca hubiera podido realizar este trabajo. A todos aquellos se los agradezco desde el fondo de mí ser.

Para todo ellos dedico estas letras.

Elgar Anibal Calvay Tiquillahuanca

iii Agradecimiento

Agradezco a la Universidad César Vallejo, a sus Profesores y personal administrativo por apoyarme y guiarme en el ámbito Profesional, logrando con ello que mis objetivos y deseos de desarrollo personal y profesional se hagan realidad.

A mis padres y hermanos por el ánimo moral que día a día me inculcaron para lograr mi meta trazada, y a todas aquellas personas que directa e indirecta me apoyaron y colaboraron con la elaboración de mi tesis.

Elgar Anibal Calvay Tiquillahuanca

iv Índice de contenidos

Carátula………..………i

Dedicatoria ... ii

Agradecimiento ... iii

Índice de contenidos... iv

Índice de tablas ... v

Índice de figuras……….vi

Resumen……….vii

Abstract………..………viii

I. INTRODUCCIÓN……….1

II. MARCO TEÓRICO………..5

III. METODOLOGÍA………...………….11

3.1 Tipo y diseño de Investigación………..11

3.2 Variables y operacionalización... 11

3.3 Población(criterios de selección), muestra,muestreo, unidad de análisis..13

3.4 Técnica e instrumentos de recolección de datos………...13

3.5 Procedimientos………14

3.6 Método de análisis de datos ... 15

3.7 Aspectos éticos. ... 15

IV. RESULTADOS………...…16

V. DISCUSIÓN………...….41

VI. CONCLUSIONES……….….42

VII. RECOMENDACIONES……….…43

REFERENCIAS………...…..44 ANEXOS

v Índice de tablas

Tabla 1. Tasa productiva de mango ... 1

Tabla 2. Mango exportado mundialmente ... 2

Tabla 3. Investigación descriptiva ... 11

Tabla 4. Operacionalización de variables ... 12

Tabla 5. Técnica e instrumentos de recolección de datos ... 13

Tabla 6. Tabla de principales motores ... 22

Tabla 7. Características del agua de calentamiento ... 26

Tabla 8. Coeficiente de transferencia de calor ... 31

Tabla 9. Presupuesto de fabricación y su instalación ... 38

Tabla 10. Tiempo de vida del proyecto ... 40

Tabla 11. Indicadores financieros... 40

vi Índice de figuras

Figura 1. Crecimiento a escala del mango ... 2

Figura 2. Exportación estacional ... 3

Figura 3. Etapas a seguir al diseñar ... 7

Figura 4. Lavado y desinfección ... 17

Figura 5. Tratamiento térmico ... 17

Figura 6. Selección y clasificación ... 18

Figura 7. Encerado ... 18

Figura 8. Calibrado ... 19

Figura 9. Paletizado ... 19

Figura 10. Pesado de materia prima ... 20

Figura 11. Almacenamiento en refrigeración ... 21

Figura 12. Despachado ... 21

Figura 13. Distribución de acumulador y ubicación de VC. ... 23

Figura 14. Diseño de lavadora ... 26

Figura 15. Temperatura del agua ... 27

Figura 16. Flujo de energía térmica ... 28

Figura 17. Gráfico de transferencia de calor ... 29

Figura 18. Lanzamiento inducido-flujo a contra corriente ... 29

Figura 19. Diagrama de transferencia de calor ... 30

Figura 20. Diagrama de variaciones ... 32

Figura 21. Presión de vapor ... 33

Figura 22. Valores promedio de aire ... 34

Figura 23. Valores promedio de aire ... 39

vii Resumen

En este trabajo, se planteó como objetivo general, diseñar una lavadora de mango de 24 TM/hora que permitirá optimizar la producción en la empresa EPP distrito de Jayanca, con la finalidad de solucionar el problema identificado. Para ello, se usó la metodología, con diseño de investigación no experimental, descriptivo; como población y muestra, se determinó la producción de mango en la empresa EPP; se aplicó la técnica de observación y revisión documentaria, y finalmente, se utilizó el método estadístico con el que se determinó la relación de variables respecto al diseño de lavadora de mango, conservando siempre la originalidad de investigación en todo aspecto.

Por otro lado, los resultados según el VAN, en el calentador se invertirá S/

121,963.00; el mantenimiento costará 10% de la inversión; con la garantía de cinco años de vida del proyecto; a su vez, en la compra del modificador se ahorra S/

79,724.00 anuales. Y, la evaluación económica, según los indicadores financieros cuyo VAN= 𝑆/ 180,253.68, TIR = 53.22% y una tasa de 12%, se concluye que, el objetivo planteado se ha cumplido financiera y económicamente, se ha logrado determinar los parámetros necesarios para el proceso de diseño de la máquina, y garantizando una óptima limpieza de frutas.

Palabras claves: mango, lavadora, calidad, precio, exportación.

viii Abstract

In this work, the general objective was to design a 24 MT/hour mango washing machine that will optimize production in the company EPP Jayanca district, in order to solve the identified problema. For this, methodology was used, with a non- experimental descriptive research desing; As a population and sample, mango production was determined in the EPP company; The observation and documentary review technique was applied, and finally, the statistical method was used to determine the relationshep of variables with respect to the designo f the mango washing machine, always preserving the origilality of the investigation in every aspect.

On the other hand, the results according to the NPV, in the heater will be invested S/ 121,963.00; maintenance will cost 10% of the investment; with the guarantee of five years of life of the Project; in turn, the purchase of the modifier saves S/ 79, 724.00 per year. And, the economic evaluation, according to the financial indicators whose NPV = S/ 180,253.68, IRR = 53.22% and a rateo f 12%, it is concluded that, the objetive set has been financially and economically fulfilled, it has ben posible to determine the necessary parameters to the machine design process, and ensuring optimal fruit cleaning.

Keywords: handle, washing Machine, quality, price, export.

1 I. INTRODUCCIÓN

El mango es identificado a nivel mundial como la fruta que contiene una diversidad de nutrientes, por eso es comercializado, apreciado por el sabor dulce, refrescante y aroma (Gbd network, 2015). En el mundo, existe alrededor de 160 variedades de mango, se cultiva en más de 90 países. Entre las variedades más conocidas y de mayor demanda consumidos por los principales mercados de este fruto son Keitt, Ken y Tommy Atkins, en la UE y en los EE. UU se ha incrementado los últimos años, por eso se convierte en el centro comercial de dicho fruto a nivel mundial (Gbd network, 2015).

Sin embargo, se registra lo que se consume en los siguientes países: Canadá 1.7;

Portugal 1.4; Estados Unidos 1.3; el Reino Unido 0.8; y Alemania 0.5 kilos sumando un total de 2.3 kilos.

Tabla 1. Tasa productiva de mango

Producción de mango

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

2007-2016 tasa de crecimiento promedio porcentaje % (miles de toneladas)

Total, mundial

35,50 3

36,59 7

35,59 5

38,06 7

40,06 7

41,70 7

43,87 7

45,21 0

45,88 8

46,14 1

47,13

3 3.48

Asia 26,31

3 27,19

7 26,27

8 28,22

1 19,66

9 31,60

2 33,36

4 34,53

5 34,26

9 34,38

5 34,89

7 3.68 África 4,408 4,612 4,857 4,996 5,137 4,952 4,964 5,370 6,214 6,128 7,212 3.4 América

Latina y el Caribe

4,716 4,533 4,414 4,830 5,219 5,103 5,503 5,258 5,361 5,581 4,977 2.41

India 13,73

4 13,99

7 12,75

0 15,02

7 15,18

8 161,9

6 18,00

2 18,43

1 18,52

7 18,77

9 18,45

8 4.48 China 3,715 3,977 4,140 4,254 4,430 4,506 4,645 4,675 7,945 4,783 4,870 4.97 Tailandia 2,303 2,374 2,470 2,551 2,794 3,296 3,421 3,598 3,331 3,701 3,839 5.97 Indonesia 1,819 2,105 2,243 1,287 2,131 2,376 2,193 2,431 2,179 1,815 2,239 1.42 México 1,911 1,717 1,509 1,633 1,827 1,761 1,902 1,755 2,070 2,197 1,582 2.29 Pakistan 1,719 1,754 1,728 1,846 1,888 1,700 1,659 1,717 1,636 1,574 1,525 -1.05 Egipto 532 466 534 506 598 787 713 927 1,214 1,260 1,397 11.87 Bangradesh 767 803 828 1,048 889 945 957 992 1,018 1,162 1,156 3.76 Kenya 384 449 529 554 453 520 581 757 830 925 1025 9.05 Brasil 1,272 1,155 1,198 1,190 1,249 1,176 1,163 1,132 977 963 904 -2.45

Fuente: (Altendorf, 2017)

2 Tabla 2. Mango exportado mundialmente

Exportación de mango

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

2007-2016 tasa de crecimiento promedio porcentaje

%

(miles de toneladas)

Total, mundial 1,149 1,022 1,223 1,372 1,530 1,631 1,672 1,561 1,495 1,595 1,695 4.64 América Latina

y el Caribe 527 416 498 612 712 697 777 698 748 827 886 6.61

Asia 504 500 613 642 677 798 756 668 573 571 574 1.93

África 88 73 84 83 88 96 88 121 128 131 153 5.97

México 223 114 222 263 291 304 343 293 311 352 394 8.41 Brasil 139 148 120 150 165 172 159 174 197 205 227 4.67 Tailandia 121 135 251 241 221 252 291 243 216 149 207 3.53

Perú 78 95 55 115 149 105 146 120 132 157 197 8.07

India 103 77 88 86 91 97 144 116 99 159 132 5.36

Fuente: Chauhan et al., 2017.

En el mundo, la fruta que mayor consumo tiene es el mango y la que mayormente exporta Perú. Actualmente, Perú está en puesto 6 que más exporta mango mundialmente, como se observa en la anterior tabla (Arévalo, Lima & Araújo, 2014).

La figura 01 es una muestra de ello, “las exportaciones en el Perú siguen en crecimiento sostenido y permanentemente, ya entre 2001-2016 creció una tasa promedio anual de 12,6%.

Figura 1. Crecimiento a escala del mango

3 Podemos decir, que hay una orientación de estacionalidad en la exportación peruana porque las ventas dan inicio normalmente el mes de noviembre y finaliza el mes de abril, como se observa en la (Figura 02).

Figura 2. Exportación estacional

En periodos anteriores, según Carrasco (2018) la producción agrícola peruana comienza a ser exportada con mucha firmeza, y la principal agroexportación viene siendo el delicioso mango, cuyos lugares a exportar son Estados Unidos con el 40%, 35% Holanda, 4% Canadá y, 3% España, Alemania y Suiza respecto a volumen exportado (p. 13). Se cree que, para este cometido, es importante conocer la realidad de las áreas de cultivo en cada país exportador de dicha fruta, según Castillo et al. (2018) en sus investigaciones dice que el espacio cultivado de dicha fruta ha ascendido considerablemente. En el periodo dos mil cuatro y dos mil quince, países que producen constantemente subieron a 28% las hectáreas cultivadas y según ello, sabemos que la India obtuvo 44.6% de dicho espacio, 20%

China y 7.3% (p. 01).

La realidad de la Exotic´s Producers y Packers carece de máquina adecuada para el lavado de mango de acuerdo a lo que exige el mercado, es por eso que se plantea diseñar una lavadora de mango de 24tm/hr automatizada, con la cual se pueda optimizar la producción, reducir el tiempo y aumentar la rentabilidad económica en materia de exportación.

En ese sentido, cabe señalar que se ha formulado el siguiente problema: ¿Cómo diseñar la máquina lavadora de mango de 24 TM/hora para optimizar la producción

4 en la empresa EPP – Jayanca 2019? Es en base a ello, que se buscó enfatizar la investigación, de manera que ha sido justificado técnicamente, por la importancia que tiene la tesis, es decir, básicamente consiste en reducir procesos en el momento de lavar mango, además de mejorar la producción, evitará contaminar, y a través de ello se crea la alternativa de desarrollar nueva tecnología acorde a las necesidades del mercado, siguiendo siempre la excelencia de materia prima y fiel cumplimiento de las normas.

Por otro lado, permite desarrollo económico empresarial, reduciendo tiempos y beneficiando a sus integrantes; así mismo, socialmente, el impacto repercute positivamente tanto en Jayanca como en la población cercana porque el producto que se ofertará será de calidad, evitando así no solo contaminar el medio ambiente, sino que se prevendrá de cualquier infección cutánea e interna sus consumidores.

Finalmente, el diseño de la lavadora de mango contribuye con el cuidado del medio ambiente.

En cuanto a los objetivos, se planteó como objetivo general Diseñar una lavadora de mango de 24 TM/hora permitirá optimizar la producción en la empresa EPP del distrito de Jayanca; y, como objetivos específicos: caracterizar procesos transformativos del mango, enfáticamente en el momento de lavado en la empresa EPP; determinar parámetros al diseñar la máquina lavadora de mango para la empresa EPP; computar sus componentes electromecánicos de la máquina lavadora de mango de 24 TM/ hora respetando las normas actuales; y, finalmente, evaluar el valor monetario de la maquina lavadora de mango de 24 TM/hora usando los indicadores del TIR y VAN.

Finalmente, como hipótesis se formuló: es posible optimizar la producción de la empresa EPP en Jayanca, diseñando una lavadora de mango de 24 TM/hora.

5

II. MARCO TEÓRICO

En este capítulo desarrollaremos los antecedentes nacionales e internacionales, las teorías y los enfoques conceptuales. Respecto a los antecedentes nacionales destacan los siguientes:

Según Requena (2012) respecto al Diseño de un sistema de automatización de una planta de lavado de zanahoria de 10 t/h dice, el aseo es importantísimo para ser comercializada. En ese sentido, el diseño de automatización permitirá llevar el control y función automática para el lavado incluyendo el proceso de remojo hasta direccionarlo donde se va tender. Para el proceso, este diseño consta de un sistema electro neumático de apertura y cierre; y, el PLC procesará toda la información que llega de los sensores, de manera que pueda controlar el proceso del lavado. Se verificó el funcionamiento y secuencia de planta a través de simulaciones para los dos sistemas (p.2).

Benavente, Calderón, Rivera y Rodríguez (2012) en la tesis sobre Planeamiento estratégico de mango en la región Lambayeque, concluyeron que el estado de los suelos de dicha región son excelentes para la producción de mango, sin embargo, los productores de dicha fruta desconocen las buenas prácticas agrícolas, así como técnicas de poda y fertilización, y sistemas de riego para aumentar el rendimiento por hectárea; pero si se mejoran las prácticas agrícolas y se brinda un conocimiento adecuado y oportuno a los productores de mango y de sus integrantes en general, el mango podrá tener mejores ventajas comerciales en el extranjero. Solo así, MINCETUR, PROMPERÚ, y el MINAGRI podrán promover con mayor potencial la exportación de productos que sean competitivos en el mercado (p. 163).

Antecedentes internacionales: Gómez & Herrera (2016) entienden que diseñar una máquina lavadora y un transportador de alimento de croquetas de yuca, no es otra cosa que diseñarlo en base a lo que necesita y requiere el cliente, analizado según despliegue de la función de calidad (QFD). Para la memoria de cálculos se contó con la ayuda del manual de ingeniería, recolección de datos de campo y resultados del QFD. Por otro lado, la proyección debe ser asistido por un buen programa computarizado, exportando el conjunto de estructura de la dupla de máquinas, luego se optimizó a través de SolidWorks Simulation, llegando así a analizar detalladamente el costo y manuales para realizar el mantenimiento (p. 11).

6 Flores (2018) al ejecutar el diseño y construcción de la máquina lavadora de naranjilla de 55kg de capacidad para la asociación de naranjilla y frutales amazónicos Murialdo, dice que dicha investigación tiene como objetivo desprender todos los residuos inertes, bichos y toda parte extraña que se encuentre en la tierra (p. xviii), en ese sentido, concluye que se logró constituir la máquina lavadora de naranjilla con un nivel de lavado óptimo y de calidad de la fruta para la asociación de naranjilla y frutales amazónicos MURIALDO; en las pruebas se demostró que dicha máquina no daña la superficie de la fruta, menos aún la acción de atrapamiento en los rodillos, antes bien se logró un lavado óptimo por aspersión a dicha fruta (p. 94).

En canto a los enfoques conceptuales, el origen del mango está reconocido en la actualidad como uno de los frutos tropicales más finos. Ha estado bajo cultivo desde los tiempos prehispánicos. Aparentemente es originario del noroeste de la India y el norte de Burma en las laderas del Himalaya y posiblemente también de Ceilán. El mundo occidental se relacionó con el mango e inició su actual distribución mundial con la apertura, por los portugueses, de las rutas marítimas hacia el lejano oriente, al principio del siglo XVI. Del mismo modo, los españoles introdujeron este cultivo a sus colonias tropicales del Continente Americano, por medio del tráfico entre las Filipinas y la costa oeste de México por los siglos XV y XVI (Infoagro, 2013, citado en Alegría et al. 2013, pág. 07)

Con el paso de los años, dicha fruta se ha ido cultivando y aplicando nuevas tecnologías con la finalidad de mejorar la productividad en las empresas. es por ello, entre los conceptos que fundamentan esta investigación están, el diseño mecánico ha sido protagonista en el avance de la tecnología, donde se realiza actividades secuenciales que encamine al objetivo final. Es así que, debe haber necesariamente un adecuado plan que conduzca a la obtención de un resultado óptimo. En este caso, la toma de decisiones es fundamental para determinar el modelo tecnológico y el precio del mismo. Lo cierto es que hay diversas soluciones para la satisfacción de necesidades ya sea individuales o colectivas, pero siempre tienen, al menos adecuadas (Vanegas, 2018, p. 19-20).

Por eso, es necesario saber qué es y en qué consiste el diseño de máquinas. Es el diseño de elementos mecánicos para ser usados en sistemas mecánicos. También

7 se puede definir como el arte de planear e idear nuevas máquinas o realizar modificaciones, para lograr propósitos específicos (Rubio, 2015, p. 01). En otras palabras, diseñar es elaborar un proyecto para satisfacer algo concreto o solucionar una problemática. Si el proyecto es bueno al crear algo real, entonces el resultado debe funcionar, ser seguro, fiable, que compita, sirva, se fabrique y comercialice (Kaur, Singh, Sandhu y Guraya, 2016).

Definir un problema requiere tener un conocimiento global del mismo, en la medida de lo posible se debe evitar hacer subdivisiones. Para resolver un problema de diseño ingenieril se necesita de varios procesos que inicia priorizando necesidades, y planteando interrogantes. Solo en la medida que se respete los procesos detallados se logrará las especificaciones definitivas. Una vez que se cuente con el informe final, recién se dará inicio con la confección de modelo y se podrá realizar la programación de prueba (García, p. 35-40).

En síntesis, los detalles determinan costo, cuantía manufacturada, vida esperada y cuan confiable es. Lo más resaltante en los detalles es la velocidad, avance, temperatura, variables, dimensión y peso (Salazar, Pérez & Martín, 2018). Si hubiera un progreso del esquema, se debe ejecutar para evaluar si por lo menos el sistema satisface, y qué tan buen desempeño tendrá. Las estructuras del parámetro que están fuera del análisis se deben revisar, mejorar o desechar.

Figura 3. Etapas a seguir al diseñar

8

“Se debe observar y destacar que diseñar necesita de una serie de procesos iterativos, hay pasos que seguir, evaluar resultados y regresar a la etapa inicial.

Solo así podemos realizar síntesis de los componentes del sistema, analizarlos y optimizar, finalmente se egresará a la naturaleza con la finalidad de observar las reacciones respecto a los elementos técnicos” (Mohebby, Ilbeighi y Kazemi, 2018).

Respecto a la tecnología, es importante saber que hoy en día, un ingeniero tiene una gama de posibilidades para dar solución a la problemática de diseño. Como por ejemplo con un software Autocad 3D ayuda a tener una perspectiva tridimensional, mediante el cual se produce diferentes vistas (Singh, Pandey, Agrawal, 2018). Pues, se vive en la era de la información a una velocidad impresionante. Es muy complicada, aun así, es de suma importancia porque permite mantenerse informados de lo que se desarrolla cada día y la actualidad en diferentes campos de estudio y profesión (Gou, Yang, Huang, Wang, Xu y Wang, 2018).

Entre las teorías está el estudioso Von Wrigtn, citado en Bais (2003, p. 11) una norma es particular respecto al sujeto u ocasión; es decir, estrictamente hablando, es particular referente al sujeto y ocasión, siempre y cuando sean individualizados los sujetos y respectiva ocasión (Bais, 2003, p. 11). Por otro lado, la norma se define como conjunto de especificaciones, que sirve para determinar límites a un artículo en cada especificación (Arora, Banerjee, Vijayaraghavan, MacFarlane & Patti, 2018). Asimismo, al código también se define de la misma manera, solo que gira en función del análisis, diseño, manufacturación y construcción de algo, cuyo propósito es lograr que el grado específico sea seguro, eficiente y se desempeñe de la mejor manera (Banerjee, Singh, Vijayaraghavan, MacFarlane, Patti y Arora, 2016).

La disminución considerable al ejecutar el valor unitario referente a la carne de mango en comparación a efectuar el valor unitario de las frutas, en este caso hay un mayor incentivo para el área donde se procesa. La calidad estándar del componente principal se convierte en posibilidad gracias a aquello que se deshecha al momento de procesar los mangos de grado superlativo (Gonzáles, et al. 2018).

“Muchas veces, al contrastar el costo de dos o más enfoques de diseño, al elegir uno de ellos se deberá valorar las condiciones que ofrece cada uno como la

9 productividad, la velocidad en el ensamblaje o algún otro condicionamiento” (Kaur, et al. 2016).

Por eso, lavar frutas con las manos resulta muy trabajoso, es menos eficiente y demora demasiado. Por eso se necesita procesar mecánicamente que contribuya a la operación y mantenimiento de la higiene (Adegbite, Adeyemi, Komolafe, Salami, Nwaeche1 and Ogunbiyi1, 2018).

El desarrollo de las ciencias analítica y espectroscópica ha hecho tomar conciencia sobre la realidad de la flora, es decir, conocer los componentes de plantas y vegetales para luego engranar con las necesidades de nuestro cuerpo. Estas han permitido concientizar a las personas no solo de la calidad, sino, además saber qué se come. Pues el proceso analítico se basa en esencia, a usar formalmente instrumentos espectroscópicos, considerado instrumento de Screening confiable, veloz, sencillo y alcanzable que ayuda en la identificación de alimentos adulterados que impactan socialmente como ingerir saborizantes otros componentes químicos que son muy peligrosos (Trentanni, 2018, p. 05).

Desde sus orígenes, la persona humana ha buscado degustar productos tanto dulce como salado e ignorando todo aquello que amarga y es ácido. Consumir azúcar se asocia a la energía que pide el organismo y paladar. Se sabe que es el duce es placentero pero el salado causa otras sensaciones. En ese sentido, son los edulcorantes quienes producen e incrementan más placer a los consumidores y degustadores de alimentos (Fernández, et al., 2017, p. 31).

Según Espinoza (2014) citado en Fernández, et al., dice disfrutar del sabor dulce es inherente al ser humano tanto de manera natural como el sabor de las frutas o que se adhieran a los productos. Lo cierto es que consumir excesivamente azúcares provocan anormalidades en el metabolismo, es decir, no favorecen a la salud ni son eficientes nutricionalmente hablando (p.31). Dicho consumo, en el mundo ha crecido alrededor de 1.93% en el último decenio ya sea porque aumentado de ingreso de las personas, o por el aumento poblacional, o por el cambio rutinario de las dietas (A. Bazargan, M. Bazargan and G. Mckay, 2018).

La popularidad del mango va en aumento debido a su alto valor nutracéutico y farmacéutico. El mango es único porque cada una de sus partes (fruto, pulpa, piel, semilla, hojas, flores y corteza) son utilizables. Los compuestos polifenólicos y bioactividad relacionada en la fruta son más altos en cáscara que en la pulpa o más

10 altos en hojas de mango y cortezas de tallos. Hay varios polifenoles en el mango, pero la mangiferina es abundante y bioactiva. La sinergia entre varios polifenoles y macroelementos en los extractos de mango es responsable de su alta bioactividad en comparación con los compuestos aislados puros y explica su uso en el manejo de diversas enfermedades degenerativas (Masibo, 2009, p. 02).

La calidad de la fruta es extremadamente importante para la fábrica de procesamiento. El objetivo de dicho estudio era hacer una evaluación de criterios físico, químico, así como las características microbiológicas en mangos y cosecha de 'Uva', después que llegue a madurar, los daños puntuales de la fruta e infección de bacterias es más probable que afecte al finalizar la cosecha, donde se analizará a 35°C y 45°C (Neves, 2016).

Hoy en día, las frutas son porciones que compiten significativamente en el ámbito agrícola de Brasil, sobre todo las frescas y lo que deriva de ellas, mostrando aumento de exportación. La potencia sectorial se registra por aumentar el consumo tanto dentro como fuera de los mercados (Benavides, et al., 2018). Un ejemplo de ello es respecto a las frutas que se producen en zonas importantes, estas deben ser manejadas de manera adecuada con la finalidad de mantener las características físicas y de salud. Solo así se garantizará una mejor calidad y reducción de pérdidas significativas, sobre todo, evitar que las frutas se contaminen (Faraona, Ramos y Stringheta, 2019).

Por otro lado, la evaluación de infecciones temporalmente evitará la reducción de la calidad de los productos, para ello es necesario que se recolecten muestras de las frutas, pero de diferentes lugares donde se efectuó el proceso de maduración, estos análisis deben ejecutarse al recolectar en tiempo cero, a las 24 horas y 48 horas respectivamente (sothornvit & rodsamran, 2018). El análisis de varianza respecto a microbiológicos, físicos y químicos de los mangos, arroja resultados de prueba muy significativos del 5% en comparación a las pruebas de Duncan (Lebrun, Plotto, Goodner, Ducamp & Baldwin, 2018).

11 III. METODOLOGÍA

3.1 Diseño de Investigación

𝐍𝐨 𝐞𝐱𝐩𝐞𝐫𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐚𝐥: Se denomina así porque no se manipula la variable independiente, no existe un control sobre los hechos que ya ocurrieron. Los primeros pasos de esta tesis se inician buscando documentos para sustentar la viabilidad y sostenibilidad del planteamiento del problema y cumplimiento de los objetivos.

𝐃𝐞𝐬𝐜𝐫𝐢𝐩𝐭𝐢𝐯𝐚: Porque describe el problema exactamente como se encuentra, es decir de forma natural, el que investiga no interviene.

Tabla 3. Investigación descriptiva

𝐄𝐬𝐭𝐮𝐝𝐢𝐨 𝐓𝟏

M. 1 O. 1

M. 2 O. 2

Fuente: elaboración propia Significado:

M. 1 y M. 2 son muestras.

O. 1 y O. 2 son observaciones.

3.2 Variables y operacionalización 𝐕𝐚𝐫𝐢𝐚𝐛𝐥𝐞 𝐢𝐧𝐝𝐞𝐩𝐞𝐧𝐝𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞:

 Diseño de la lavadora de mango

𝐕𝐚𝐫𝐢𝐚𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐩𝐞𝐧𝐝𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞:

 Optimizar la producción

12 Operacionalización de las Variables.

Tabla 4. Operacionalización de variables

𝐕𝐚𝐫𝐢𝐚𝐛𝐥𝐞 𝐃𝐞𝐟𝐢𝐧𝐢𝐜𝐢ó𝐧

𝐜𝐨𝐧𝐜𝐞𝐩𝐭𝐮𝐚𝐥

𝐃𝐞𝐟𝐢𝐧𝐢𝐜𝐢ó𝐧

𝐨𝐩𝐞𝐫𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧𝐚𝐥 𝐈𝐧𝐝𝐢𝐜𝐚𝐝𝐨𝐫 𝐄𝐬𝐜𝐚𝐥𝐚 𝐝𝐞

𝐦𝐞𝐝𝐢𝐜𝐢ó𝐧 𝐈𝐧𝐬𝐭𝐫𝐮𝐦𝐞𝐧𝐭𝐨 𝐈𝐧𝐝𝐞𝐩𝐞𝐧𝐝𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞:

Diseño lavador de mango de 24 TM/hora

El diseño de máquinas es el proceso mediante el cual se define las dimensiones,

materiales, tecnología y funcionamiento de una máquina (Budynas, et al., 2008).

Es

conceptualizado y diseñado una máquina en la que se ejecuta la tarea exacta, como es lavar mango.

Potencia Kw 𝑂𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛

Revisión documentaria

Dimensiones mm

Material Tipo

Capacidad de trabajo

Kg/hora

𝐃𝐞𝐩𝐞𝐧𝐝𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞:

Producción de lavar mango.

Proceso mediante el cual se realiza el lavado de mango de forma eficiente.

El lavado de mango se logra a partir del movimiento de la fruta a través del agua

Capacidad de Producción

Calidad del Lavado

Kg/hora Observación

13 3.3 Población-muestra

Coinciden las dos:

- Producción de mango en la empresa EPP

3.4 Técnica e instrumentos de recolección de dato

Tabla 5. Técnica e instrumentos de recolección de datos

𝐓é𝐜𝐧𝐢𝐜𝐚 𝐔𝐬𝐨 𝐈𝐧𝐬𝐭𝐫𝐮𝐦𝐞𝐧𝐭𝐨𝐬

Observación Determinación del proceso de lavar la fruta.

Evaluación de diseño de la máquina

Ficha para registrar parámetros del proceso de lavado

Ficha de diseño Revisión

documentaria

Indagación requisitos y elementos estándar para el diseño.

Ficha para la revisón de documentos

Fuente: elaboración propia

Técnicas de recolección de datos - Observación

Mediante esta técnica se podrá recopilar la mayor información posible para determinar los elementos que se necesiten a la hora de diseñar la máquina lavadora de mango con su respectiva evaluación.

- Revisión documentaria

Sirve para establecer condiciones y materiales adecuados a la hora de diseñar la lavadora de mango, como también seleccionar diversos elementos estandarizados para el equipo tecnológico.

Instrumentos para recoger datos

- Ficha para controlar el diseño

Con esta se evalúa la técnica, operación, además el funcionamiento la máquina. Está estructurado así: Datos generales entre ellos la fecha, hora,

14 nombre de quien evalúa; los parámetros que se evalúa y los resultados que se obtiene.

- Ficha de registro de calidad de lavado

Dicha ficha nos permite controlar los procesos productivos de la máquina, pero también la eficiencia de lavado. Tiene una estructura dividida en 02: datos del responsable, data más horario registral.

- Ficha de revisión documentaría

Sirve como información importante para elegir qué documentos servirán de guía y consulta a la hora de diseñar la máquina, dentro de ellos manuales, normas técnicas, etc.

Validez

Los instrumentos son válidos porque miden la originalidad de la investigación, la coherencia y los resultados obtenidos. Además, de ser validada por profesionales conocedores del tema, sumando también a un miembro de la empresa en estudio quienes han dado el visto bueno al desarrollo metodológico de la tesis.

Confiabilidad.

Los instrumentos aplicados son confiables, se ve reflejado en los resultados de la investigación, donde saltará a vista la originalidad, respecto estricto a las normas y cero tergiversaciones de los resultados obtenidos.

3.5 Procedimientos

Estos registros de acumulación de datos aparecen en 2 fragmentos:

En primero, presentamos la denominación íntegra del observador, su emplazamiento y la fecha.

La segunda, presentamos los equipamientos empleados y parámetros en la aferición conforme pertenezca.

15 3.6 Método de análisis de datos

Los resultados obtenidos serán evaluados minuciosamente con la finalidad de alcanzar los objetivos planteados, de tal manera que se pueda dar respuesta a la interrogante del problema, coincidiendo o no con los resultados de otras investigaciones precedentes. Para ello se hará uso del método estadístico con la finalidad de determinar la relación de variables y cuyos datos serán utilizados en el diseño de lavadora de mangos.

3.7 Aspectos Éticos.

La investigación garantiza la originalidad del autor, ya que se desarrolla cumpliendo las recomendaciones de la universidad, en cuanto a las normas de esta y siguiendo las recomendaciones del manual ISO. Se respeta la autoría intelectual, los resultados muestran veraz y confiablemente los datos obtenidos.

16 IV. RESULTADOS

4.1. Caracterizar el proceso de transformación del mango, con énfasis en la etapa de lavado en la empresa EPP.

El alto brillo de luminiscencia en el norte peruano forma una intensa coloración rojiza en las frutas, en cuanto a diversidad Keitt se expande de octubre-noviembre, Kent, de noviembre a abril. Entre los momentos desfavorables o periodo delicado se origina en la recolección, el personal es capacitado para seleccionar las frutas que se encuentren en el mejor estado de madurez. La fruta antes de la cosecha pasa por un control estricto de brix, coloración de pulpa y lo principal control de material seco.

El proceso productivo en su etapa de operatividad es la siguiente:

Recibimiento de la fruta: El automóvil se recibe en el lugar de descarga cumpliendo los detalles de sanidad e inocuidad, posteriormente se descarga en el lugar adecuado apto para almacenar la fruta. Posterior a la descarga, la MP pasa por inspección siguiendo las especificaciones de control de calidad, se evalúa lo siguiente: peso, °Brix, firmeza, coloración de pulpa y desperfecto físico o bacterias nocivas, registrando todos los resultados. El producto viene de terceros, este es verificado por el inspector de aseguramiento de control de calidad la procedencia de la materia; la fruta llega en cajas, bines o mallas, después de lavar y clasificar se coloca en jabas con máximo de 20 kg aproximadamente, se almacena en un lugar acorde al estado de la fruta protegiendo la calidad y salud del producto.

Lavado y Desinfección: Este periodo es ejecutada por inmersión, proceso por el cual la fruta se deposita en un recipiente con agua potable y se deja entre 1-3 minutos, cuyo fin es quitar y suavizar el sucio adherido a los frutos (tierra, barro, queresa, etc.).

17

Figura 4. Lavado y desinfección

Tratamiento Térmico: La materia prima sometida a un proceso térmico consiste en un segundo lavado con parámetros establecidos (a una Temperatura 50-60°C) esto se realiza con la finalidad de eliminar las baterías en las frutas.

Figura 5. Tratamiento térmico

Seleccionar y Clasificar 1: La materia prima es seleccionada y separada según el grado de maduración, cuyas frutas pueden estar verdes, pintonas y maduras.

18

Figura 6. Selección y clasificación

Encerado: En este periodo, la porosidad de la cáscara del mando es tratada con la finalidad de hacerla más resbaladiza y evitar el manipuleo con el cual se puede maltratar la superficie disminuir la calidad de ser exportada.

Figura 7. Encerado

Calibración: En este proceso operativo la fruta es calibrada según dimensionamiento requerido y estandarización internacional.

19

Figura 8. Calibrado

Paletización: El producto es Paletizado según la manera que se va a despachar, se tiene que considerar las medidas de las cajas y las indicaciones del cliente.

Figura 9. Paletizado

Pesado: Todo lo que se recepciona se pesará electrónicamente con la finalidad de saber la cantidad real del peso ingresado del producto, se comprueba el peso establecido en las guías de remisión de cada lote.

20

Figura 10. Pesado de materia prima

Almacenamiento en refrigeración: El producto al ser exportado a largas distancias es necesario congelarlo a temperatura igual o mayor a -18°C con el fin de conservar su calidad y pueda resistir las inclemencias de transporte, se debe enfriar instantáneamente para evitar que, al regresar a tiempo natural, se rompan los cajones celulares, el H2O desaparezca, o también otras propiedades como sabor, aroma, delicia, disminuyendo así la calidad.

21

Figura 11. Almacenamiento en refrigeración

Despachar: Se despacha en contenedores refrigerados de 20 y 40 pies, manteniendo necesariamente la cadena de frío lo que dure el transporte. Antes de embarcar se realiza la inspección al contenedor con la finalidad de ver que cumpla las condiciones de sanidad tanto interna como externa, si no es así será rechazado.

Generalmente, el contenedor se prende una hora antes de cargar con el fin de obtener -20ºC de temperatura.

Figura 12. Despachado

22 Con la finalidad de mejorar el proceso de producción, se elabora una tabla de motores a ser utilizados con todos sus detalles, lo que será analizado posteriormente:

Tabla 6. Tabla de principales motores

Fuente: elaboración propia

4.2. Determinar los parámetros de diseño de la máquina lavadora 𝐝𝐞 mango para la empresa EPP

Los principales factores que se usará al diseñar son:

 C. N: 24^TM

HR± 10%.

 𝑄 𝑑𝑒 𝐻₂𝑂: 15 ^Litros

segundos± 10%.

 P. C. de 𝐻₂𝑂: .50mts.

 Crecimiento de calor ambientalmente − 10°C.

En base a estos factores se diseñará y calculará la bomba.

Cualidades del intercambiador de calor:

𝐿 = 0.5𝜋𝐷𝑒𝑥𝑡𝑟

Si se quiere que la configuración de tubos escalonados sea óptima debe cumplir la condición geométrica 𝑆_𝑞 ≥ 1.5 𝐷𝑒𝑥𝑡.Así mismo, 𝑄𝑘 = 𝑁𝑡

23

Figura 13. Distribución de acumulador y ubicación de VC.

A: Área exterior de los tubos definido como área de transferencia L: Longitud del intercambiador

b: Largo de tubos b = Lt ∗ Nt Se obtiene:

Ahora se necesita contar con la distribución y el factor que definirá el área. Para ello, se deberá tomar “l” como longitud de integración. Se tendrá en cuenta las razones de entrada y salida al valor variable que fluyen hacia el acumulador. La calefacción superior tendrá un valor 𝑙 = 0, inferior 𝑙 = 𝐿. En donde las razones de contorno tendrá los siguientes valores:

𝑊(𝐿) = 𝑊₁ 𝑇_𝑎(𝐿) = 𝑇_𝑎1 ṁ_𝑤(0) = ṁ_𝑤1

ℎ_𝑟(0) = ℎ_𝑟1 𝑇_𝑤(0) = 𝑇_𝑤(𝐿)

24 Según Peralta (2013),

l = L: Entrada de aire

𝑊₁: Relación de humedad de entrada 𝑇_𝑎1: Temperatura de entrada

l = 0: Tercera condición

𝑚_𝑤1: Flujo de agua a la entrada

l = 0, hr1: 4a estipulación contorno resalta la entalpia de 𝐻₂O en la entrada 𝑇_𝑤(L) = difusores 𝑡_𝑤(0)

Antes de establecer las ecuaciones y condiciones se debe definir las variables:

𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑙: 𝑙^∗ =1 𝐿

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑘 𝑎𝑖𝑟𝑒: 𝑇_𝑎^∗= 𝑇_𝑎

𝑇_𝑎(𝑙 = 𝐿) = 𝑇_𝑎 𝑇_𝑎1

𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒: 𝑊^∗ = ^𝑊

𝑊_𝑎(𝑙=𝐿)=^𝑊

𝑊₁

𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒: ℎ_𝑎∗= ℎ_𝑎

ℎ_𝑎(𝑙 = 𝐿) = ℎ_𝑎 ℎ_𝑎1

𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒: ℎ_𝑟^∗ = ℎ_𝑟

ℎ_𝑟(𝑙 = 0)= ℎ_𝑟 ℎ_𝑟1

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝑇_𝑤^∗ = 𝑇_𝑤

𝑇_𝑎(𝑙 = 𝐿) = 𝑇_𝑤 𝑇_𝑎1

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: ṁ_𝑤^∗ = ṁ_𝑤

ṁ_𝑤(𝑙 = 0)= ṁ_𝑤 ṁ_𝑤1

𝑑𝑊^∗

𝑑𝑙^∗ = 𝑅₁𝑑ṁ_𝑤^∗ 𝑑𝑙^∗

25 𝑑ṁ_𝑤^∗

𝑑𝑙^∗ = 𝑅₂(𝑊_𝑠.𝑤

𝑊₁ − 𝑊^∗) 𝑑ℎ_𝑎^∗

𝑑𝑙^∗ = 𝑅₃(ℎ_𝑠.𝑤

ℎ_𝑎1 − ℎ_𝑎^∗)

𝑑ℎ_𝑟

𝑑𝐴 =𝑈_𝑒𝑥𝑡(𝑇_𝑟− 𝑇_𝑤)

ṁ_𝑟 →ℎ_𝑟1𝑑ℎ_𝑟^∗

2𝐵𝐿𝑑𝑙^∗ =𝑈_𝑒𝑥𝑡(𝑇_𝑟− 𝑇_𝑎1𝑇_𝑤^∗)

ṁ_𝑟 →𝑑ℎ_𝑟^∗

𝑑𝑙^∗ = 𝑅₄(𝑇_𝑟

𝑇_𝑎1− 𝑇_𝑤^∗)

𝑑𝑇_𝑤^∗ 𝑑𝑙^∗ = 1

ṁ_𝑤^∗ [𝑅₅₁(ℎ_𝑠.𝑤

ℎ_𝑎1 − ℎ_𝑎^∗) − 𝑅₅₂𝑇_𝑤^∗(𝑊_𝑠.𝑤

𝑊₁ − 𝑊^∗) − 𝑅₅₃(𝑇_𝑟

𝑇_𝑎1− 𝑇_𝑤^∗)]

𝑆𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜:

𝑅

=

𝑊₁ṁ_𝑎

𝑅₂ =2𝐵𝐿ℎ_𝐷𝑊₁ ṁ_𝑤1

𝑅₃ = 2𝐵𝐿ℎ_𝐷 ṁ_𝑎

𝑅₄ =2𝐵𝐿𝑇_𝑎1𝑈_𝑒𝑥𝑡 ℎ_𝑟1ṁ_𝑟

𝑅₅₁ = 2𝐵𝐿ℎ_𝐷ℎ_𝑎1 ṁ_𝑤1𝐶_𝑝.𝑤𝑇_𝑎1

𝑅₅₂= 𝑅₂ =2𝐵𝐿ℎ_𝐷𝑊₁ ṁ_𝑤1

𝑅₅₃= 2𝐵𝐿𝑈_𝑒𝑥𝑡 ṁ_𝑤1𝐶_𝑝.𝑤

26 Los indicadores con que funcionará el calentador de agua a diseñar serán:

 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑟: 15 ^𝑙𝑡

𝑠𝑒𝑔± 10%

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑟á 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟:

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝐻₂𝑂 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎: 35°𝐶

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝐻₂𝑂𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢é𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜: 30°𝐶

 𝐶𝑎𝑟𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟í𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑓í𝑠𝑖𝑐𝑜 − 𝑞𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎𝑏𝑙𝑎𝑛𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑣𝑖𝑡𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑟á𝑛:

Tabla 7. Características del agua de calentamiento

Fuente: elaboración propia

Figura 14. Diseño de lavadora

27 El Aire para refrigerar se establecerá de la siguiente manera:

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 36°𝐶

 𝐶_{𝑃 𝐴𝑔𝑢𝑎}= 0.24^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝑘𝑔 °𝐶

 𝐶_{𝑃 𝐴𝑔𝑢𝑎}= 1.00^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝑘𝑔 °𝐶

 𝐶_{𝐿 𝐴𝑔𝑢𝑎} = 540^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝑘𝑔

 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 = 2 − 4%

 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 8 − 10^𝑀𝑡𝑠

𝑠𝑒𝑔

El banco de tubos se caracteriza con monogramas empíricos que ayudan a calcular a los coeficientes que transfieren calor, son útiles en el dimensionamiento de aparatos térmicos que dependen del tipo de flujo, con el resultado de estos experimentos se podrá elaborar monogramas adjuntos:

Figura 15. Temperatura del agua

Se utiliza monogramas que caracteriza la entalpia de aire.

28

Figura 16. Flujo de energía térmica

Cálculo térmico de torre de refrigeración evaporativa.

Información inicial:

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑢𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐶ℎ𝑖𝑐𝑙𝑎𝑦𝑜: 26°𝐶, 𝑠𝑒𝑔ú𝑛 𝑆𝐸𝑁𝐴𝑀𝐻𝐼 − 𝐶ℎ𝑖𝑐𝑙𝑎𝑦𝑜.

 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜: 80%, 𝑎𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐵𝑢𝑙𝑏𝑜 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 24°𝐶.

 𝑉𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 (𝑆𝑢𝑟 𝐸𝑠𝑡𝑒 𝑎 𝑁𝑜𝑟 𝐸𝑠𝑡𝑒): 23 𝑘𝑚/ℎ𝑟.

 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛: 1𝐵𝑎𝑟.

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 35°𝐶.

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟𝑖𝑎 = 30°𝐶.

 𝐶á𝑙𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎: 15^𝑙𝑡𝑠

𝑠𝑒𝑔± 10%

Se usará una planta para refrigerar contraflujo con las características:

29

 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 18 − 24 𝑇𝑀/ℎ𝑟

 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 36°𝐶.

Figura 17. Gráfico de transferencia de calor

Figura 18. Lanzamiento inducido-flujo a contra corriente

30

 𝐶_{𝑃 𝐴𝑖𝑟𝑒} = 0.24^{𝐾𝑐𝑎𝑙}_𝐾𝑔 °𝐶

 𝐶_{𝑃 𝐴𝑔𝑢𝑎}= 1.00^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝐾𝑔 °𝐶.

 𝐶_{𝐿 𝐴𝑔𝑢𝑎} = 540^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝐾𝑔.

 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 = 2 − 4%.

 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 8 − 10^𝑚𝑡

𝑠𝑒𝑔.

𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒇𝒓𝒊𝒈𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒅𝒆 𝒕𝒓𝒂𝒏𝒔𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 + 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒈𝒂 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒂.

 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = (18 − 24) ∗ 1000^𝑘𝑔

ℎ𝑟∗ 0.24^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝑘𝑔 ∗ °𝐶 ∗ 12°𝐶

= 51,840 − 69,120𝐾𝑐𝑎𝑙 ℎ𝑟

 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = (18 − 24) ∗ 1000^𝑘𝑔

ℎ𝑟∗ 0.02 ∗ 540^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

𝑘𝑔 (𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑜𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐻₂𝑂)

= 94,400 − 259,200^{𝐾𝑐𝑎𝑙}

ℎ𝑟

Efectuando carga general de refrigeración:

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 246,240 − 328,320𝐾𝑐𝑎𝑙 ℎ𝑟 . Según el diagrama:

Figura 19. Diagrama de transferencia de calor

31 Dimensionar el área y cumplimiento de los tiempos se necesita transferir calor:

El factor que transfiere energía por convección y conducción.

𝐾𝑡 = 18𝐾𝑐𝑎𝑙

ℎ𝑟 °𝐾 ∗ 𝑚𝑡², 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑒𝑙 á𝒓𝒆𝒂 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 8 − 10 𝑚𝑡

𝑠𝑒𝑔. 𝐴 = (51,840 − 69,120)𝐾𝑐𝑎𝑙

ℎ𝑟 /(18𝐾𝑐𝑎𝑙

ℎ𝑟 ) ∗ °𝐾 ∗ 𝑚𝑡² ∗ 12 °𝐶 = (240 − 320)𝑚𝑡²

Al variar la velocidad del aire inducido arrojará lo siguiente:

Tabla 8. Coeficiente de transferencia de calor

Fuente: elaboración propia

32

Figura 20. Diagrama de variaciones

4.3. Cálculo de componentes electromecánicos de la máquina Los requerimientos son:

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑦 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠: 𝑆_𝑙/𝐷_{𝑒𝑥𝑡:}1.25, 1.50, 2 𝑦 3 𝐷_𝑒𝑥𝑡 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 2"

𝑆_𝑇 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑟á 2"

𝑆_𝐿 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑟á 2"

𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝑊_𝑐 = 𝑆_𝑇(𝑁𝑡 − 1) + 3 𝐷_𝑒𝑥𝑡 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝐻_𝑐 = 𝑆_𝐿(𝑁𝑟 − 1) + 𝐷_𝑒𝑥𝑡 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝐿_𝐶 = 𝐻_𝐶

𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐴𝐼𝑆𝐼 316: 𝐾_𝑡𝑢𝑏 = 16.3 ^𝑊

𝑚∗𝑘

𝐶𝑢𝑟𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑙𝑎𝑢𝑠𝑖𝑢𝑠 − 𝐶𝑙𝑎𝑝𝑒𝑦𝑟𝑜𝑛:

33 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒:

Ecuación que se usa para gases correctos

La viscocidad se determina de la siguiente manera:

El calor específico

𝐿𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝í𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 − 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑣𝑎𝑙𝑢𝑎𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑖𝑔𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒:

Figura 21. Presión de vapor

34 La transferencia del área de calor, mecánicamente diseñada, se determinará de acuerdo a la siguiente lógica:

El tubo de fierro Schedule 40, sin costura, con diámetro nominal de 2” y con un largo de 3m, para transferir área de calor se determinará mediante la siguiente formula:

Á𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜: ¶ ∗ 2 ∗ 3 = 0.479𝑚²por tubo:

Los dimensionamientos de tubos serán:

- 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝑊_𝐶 = 0.50𝑚

- 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝐻_𝐶 = 0.35𝑚 - 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜: 𝐿_𝐶 = 0.50𝑚 - 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑖𝑟á𝑛²⁵⁰

10 = 5 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 - 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑖𝑟á𝑛³⁵

10= 3 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 7.50𝑚 ∗ 0.479𝑚² 𝑞𝑢𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑜 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎:

- Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠: 3.5925, 𝑞𝑢𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 2.40 𝑎 3.20𝑚²

El promedio de velocidad de 𝐻₂𝑂 que va a ser refrigerada al interior de los tubos, equivale a:

Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠: ¶ ∗^𝐷₄²∗ 𝑁°𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠

: 3.1416 ∗ 0.00258064 ∗ 7.50 : 0.0608𝑚²

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠:

Figura 22. Valores promedio de aire

35 : ^𝑄

Á𝑟𝑒𝑎

: (0.06 − 0.08^𝑚3

𝐻𝑟)/0.0608 𝑚² : 0.98 − 1.32 𝑚/𝐻𝑟

Con cuyos valores se puede determinar las características más importantes de la bomba de 𝐻₂𝑂 que se usará:

Δ𝐻 = 𝐶𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑟𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 + 𝑐𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑡𝑎 +

𝑐𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎𝑠 𝑦 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑠𝑜𝑟𝑖𝑜𝑠 = 10𝑚

Se obtendrá:

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = (6 − 8)^𝑚2

𝐻𝑟 ∗ 1000^𝑘𝑔𝑓

𝑚³ ∗ (^10𝑚

76 ).

= 0.22.029 𝐻𝑃

El aire se trabaja con los datos siguientes:

- 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒: 18 − 24^𝑇𝑀

ℎ𝑅

- Á𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒: 3𝑚 ∗ 1.25𝑚 = 3.75𝑚² - 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =^{𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜}

Á𝑟𝑒𝑎

- 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝜌 = 1.28^𝐾𝑔𝑓

𝑚³

- 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = (18,000 − 24,000)/(1.28^𝑚3

ℎ𝑟)/3.75 𝑚²

= 1,042 − 1.389 ^𝑚

𝑠𝑒𝑔

Consideraciones para el ventilador:

 𝐶𝑢𝑑𝑎𝑙: 14,062 − 18,750^𝑚3

𝐻𝑟

 𝐶𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛: 0.05𝐵𝑎𝑟

 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟: 0.85 (𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒)

𝐴𝑠í 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑙𝑎 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟:

: 2.62 − 3.50 𝐻𝑃