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APLICACIONES DE REFRIGERACIÓN PARA PROCESOS INDUSTRIALES DE PRODUCTOS AGROALIMENTARIOS

APLICACIONES DE REFRIGERACIÓN PARA PROCESOS INDUSTRIALES DE PRODUCTOS AGROALIMENTARIOS

CAPÍTULO 1: CONGELACIÓN

Iniciamos con este informe una serie de artículos que se irán editando a través de nuestra página web, con una clara intención didáctica, esperamos que alguno sea de su interés.

Se trata de trasladar a su gran mercado de aplicación, conceptos básicos de funcionamiento y experiencias en el campo de la refrigeración y congelación, siempre dirigidas a procesos industriales de producción.

En ediciones sucesivas trataremos sobre procesos hortofrutícolas, lácteos, cárnicos, logística, transporte, gama comercial, etc. Siempre desde nuestra experiencia y dirigidos a explicar como se pueden industrializar procesos de producción, partiendo de sus orígenes artesanos.

No olvidemos que todos los procesos de producción industriales han tenido su principio y han evolucionado gracias a la suma de conocimientos asociados y no por casualidad. Qué duda cabe de que las técnicas en refrigeración han evolucionado desde sus orígenes y en gran medida han hecho posible alcanzar el nivel de civilización que hoy conocemos.

Trataremos hoy sobre congelación de despieces cárnicos

En primer lugar nos preguntamos qué es un producto cárnico, de qué se compone:

La carne se compone de agua, proteínas y aminoácidos, minerales, grasas y ácidos grasos, vitaminas y otros componentes bioactivos, así como pequeñas cantidades de carbohidratos. Que en términos nutricionales puede oscilar entre un 50 y 75 % de agua, 20 – 25 % de proteína, 1-40% de grasa y 1 – 2 % de residuo sólido.

En definitiva un producto cárnico lo podríamos resumir como una porción de materia fibrosa, compuesta de un alto porcentaje de suero salino en el que están contenidas las sales, proteínas, vitaminas, minerales, etc, así como un pequeño residuo sólido.

Congelar un producto, cualquiera que sea su naturaleza o composición, básicamente consiste en cristalizar y/o solidificar a baja temperatura todo su contenido de suero salino interno. Aconsejable alcanzar una temperatura interior en centro de pieza próxima a -12ºC en las

primeras 18 horas de ciclo, pues a esa temperatura ya estaría cristalizado todo el suero salino, a partir de ahí llegar a -18 / 20 ºC cuanto antes para completar el proceso.

A estas temperatura se detiene la degradación biológica y se conserva la pieza en sus mejores condiciones y aspecto, durante el periodo de tiempo necesario para que la red logística opere y distribuya el producto así congelado hasta su punto de consumo, importante no romper en ningún momento la cadena de frío.

La velocidad de congelación es muy importante de cara a conseguir la mejor calidad y menor merma del género una vez descongelado. Con una velocidad de congelación lenta se empieza a congelar el suero parcialmente deslocalizándose las sales que conforman el suero salino, formando cristales de gran tamaño, que rompen la membrana que los contiene, dando lugar al descongelarse la pieza, a que una parte importante del mismo se precipite al exterior y con ello buena parte de sus características organolépticas.

Partimos de unos Kg de producto a una temperatura sensible por encima de 0ºC con una energía interna determinada, digamos Q1 y pretendemos forzar la transferencia de una buena parte de esa energía interna inicial (Q1-Q2) hasta otro estado energético menor que llamaremos Q2, de esos mismos Kg de producto hasta alcanzar una temperatura sensible interna de -20ºC.

Para empezar vamos a evaluar la transferencia de energía que hay que forzar. En realidad el ciclo se podría dividir en tres tramos perfectamente diferenciados. Para un lote de 10.000 Kg de género uniforme:

TRAMO 1, en el que la energía a transferir se invierte en descender la temperatura sensible interna del lote de producto desde su estado inicial, pongamos un máximo de +10ºC hasta la temperatura final de   -2ºC en la que empiezan a formarse los primeros cristales de hielo, es decir, hasta que el suero salino comienza a congelarse.
La energía a transferir sería, masa x calor específico antes de congelación x diferencia temperatura (T inicial –T final)

10.000 Kg x 0,9 wh/Kg ºC x (+10ºC – -2ºC) = 108.000 wh

TRAMO 2, en el que la energía a transferir se invierte en terminar de cristalizar todo el suero salino, este segundo tramo se produce a temperatura casi constante y es en el que se transfiere la mayor parte de la energía:
 La energía a transferir sería masa x calor latente de congelación:

10.000 Kg x 62 wh/Kg = 620.000 wh

TRAMO 3, en el que una vez formados todos los cristales de hielo, pretendemos homogeneizar todo el lote y alcanzar la temperatura interna final de -18ºC.
La energía a transferir sería, masa x calor específico después de congelación x diferencia temperatura: 

10.000 Kg x 0,5 wh/Kg ºC x (-2ºC – -18ºC) = 80.000 wh

Balance total de energía a transferir sería de 808.000 wh. Que en un primer análisis podríamos determinar para un ciclo de 12 horas, una potencia promedio necesaria de = 67.333 w. Daremos un paso más para ver si esto sería lo correcto.

En la gráfica se pueden observar los tres tamos perfectamente diferenciados, para un ciclo de 12 horas, vemos que el primer tramo precisa un tiempo aproximado de 150 minutos, el segundo tramo de 480 minutos y 90 minutos el tercero. Esto podría ser un caso aproximado a la realidad.

La energía transferida por minuto en el primer tramo sería de 720 wh/minuto.
La energía transferida por minuto en el segundo tramo sería de 1.292 wh/minuto.
La energía transferida por minuto en el tercer tramo sería de 889 wh/minuto

Observamos que la potencia necesaria en este segundo tramo (caso mas desfavorable) sería de 77.520 w, un 15,2 % por encima del cálculo de potencia promedio.
A la hora de calcular la potencia frigorífica necesaria a producir debemos quedarnos con la que se necesita para el segundo tramo, (o mas desfavorable), caso contrario nos quedaríamos cortos de potencia en ese segundo tramo y necesitaríamos alargar el ciclo en esa misma proporción.

Evidentemente otras cargas térmicas que se ponen en juego también hay que evaluarlas, como son transmisión, servicio, alumbrado, infiltraciones, ventiladores, etc.
Energéticamente hablando se acaba ahí, es decir, no hay ningún problema en equipar con toda esa potencia bien calculada el recinto donde pretendemos se produzcan todas estas transferencias de energía y conseguir perfeccionar el proceso.

Queda solo apuntar que los caudales de energía a transferir principalmente se consiguen por convección forzada, es decir, sometiendo cada pieza que conforma el lote a un baño de aire

uniforme y a una temperatura próxima a -35ºC, por ser esta temperatura extrema, fácil de conseguir con equipos de doble etapa o booster con amoniaco como refrigerante. Esto sería tema a tratar en otra edición. Lo importante es tener claro que la convección hay que forzarla y que al final es la verdadera protagonista del éxito del proceso, mucho más que la potencia instalada.

El éxito del proceso no es ser capaces de evaluar y generar esa energía frigorífica, para eso están los compresores, condensadores evaporativos, etc en la sala de máquinas, ni de transportarla, para eso están las bombas, los colectores y los puentes de válvulas, el proceso solo se perfeccionará si conseguimos generar un sistema de convección forzado que bañe la superficie del género en el interior del túnel, veamos qué factores o variables habría que analizar:

  • Género
  • Velocidad de congelación, o tiempo que se tarda en alcanzar la temperatura final en el centro de pieza, que depende de:
    • Espesor de pieza.
    • Exposición superficial.
    • Colocación.
    • Tipo de embalaje mas inmediato, plástico, red, caja ranurada, caja estanca.
    • Contenedor embalajes, perchero, carro o estantería, palets.
    • Caudal y velocidad de aire que circula bañando un % de superficie de la pieza en su caso bañando el embalaje más inmediato
    • Diferencia de temperatura entre género a congelar y aire en movimiento.
    • Diferencia de temperatura entre aire en movimiento y equipo frigorífico.
    • Disposición constructiva para homogeneizar todos los individuos de cada lote en proceso.

Todos estos detalles tendrán que ser tenidos en cuenta y hacer ensayos hasta determinar cómo proceder con cada lote hasta lograr el mejor resultado.

Cada tipo de género requeriría un proceso específico, bien por calidad del producto final, bien por otras razones, por ejemplo, las partes nobles o mas valoradas en el mercado no las daríamos el mismo trato que a otras de menor precio. Otra consideración serían piezas con hueso, o en función a ciertas irregularidades o por tamaño, por contenido graso, naturaleza, etc. Para todo eso hay diferentes formatos:

– Túneles convectores, que es el más común por su versatilidad para diferentes presentaciones o formas de piezas para ciclos de 10 horas o más, se suelen hacer para 12 horas

– Túneles IQF, congelación pieza a pieza en bandas modulares a un ritmo de 2000 Kg/hora o más, cada pieza sale perfecta una a una, ,para ser embalada y presentada al mercado en sus mejores condiciones, en formatos individuales.

– Bancos de congelación de placas verticales u horizontales, para formar bloques compactos de 10 Kg cada uno para ciclos de 1.000 Kg en 90 minutos con una óptima calidad de producto final, ideal para despieces, incluso con algo de hueso

Túnel Convector

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