AÑO DE LA IGUALDAD Y LA NO VIOLENCIA CONTRA LA MUJER
“
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD
: Ingeniería
Minas
ESCUELA
: Ingeniería
Química
DOCENTE
: Ing.
Oscar Aliaga Flores
Transferencia de Calor
CURSO
:
TEMA
: Refrigeración
y Congelación de los
Alimentos GRUPO
: 05
INTEGRANTES :Malca Hernández Valeria Marisol
Mansilla Montalván Jean Carlos Martínez Benites Jerson Smith Maza Grau Stefanny Isamart Piura-Perú
2018
”
INTRODUCCIÓN La congelación y la refrigeración se encuentran entre los métodos más antiguos de conservación de alimentos. A mediados del siglo XIX se comenzó a utilizar una mezcla de hielo y sal a fin de obtener y mantener temperaturas algo más bajas que las que se podían lograr con hielo exclusivamente. Recién en 1875 se inventó un sistema mecánico de refrigeración en base a amoníaco, el cual haría posible la explotación comercial de bodegas refrigeradas y el proceso de congelación. El uso de la refrigeración mecánica para congelar alimentos fue obstaculizado por la carencia de instalaciones de almacenamiento refrigerado. Actualmente el desarrollo de una sociedad moderna exige una mejor aplicación de las bajas temperaturas para la conservación de productos perecederos a fin de satisfacer las necesidades alimentarias de una población en continuo crecimiento. La refrigeración y la congelación son técnicas de conservación ampliamente difundidas en la industria alimentaría que reducen al mínimo los procesos de degradación por microorganismos y enzimas. Para que la conservación de los alimentos por el frío sea eficaz, deben respetarse tres aspectos básicos, tanto en el caso de productos refrigerados como productos congelados: partir de un producto sano y de calidad, aplicar el frío tan pronto como sea posible y mantener la acción del frío de forma constante y en el grado adecuado. En refrigeración, la vida útil del alimento es limitada debido a su carácter perecedero, la disponibilidad de agua favorece la aparición de los procesos de degradación en un corto tiempo. tiempo. En la congelación, una elevada elevada proporción del agua que contiene cambia de estado y se convierte en cristales de hielo, retardando considerablemente los procesos degradaditos y favoreciendo un aumento en su vida útil. La congelación prácticamente no provoca cambios desde el punto de vista nutritivo. La resistencia de diversos tejidos animales y vegetales a la congelación es muy diversa; así, las frutas y los vegetales, por ejemplo, presentan una estructura muy rígida por lo que la formación de los cristales de hielo puede afectarlas con mayor facilidad que a las carnes. Las carnes, poseen una estructura más fibrosa y durante la congelación, en lugar de romperse, se separa, por lo que su textura no se modifica significativamente. La congelación con aire frío, por contacto con placa fría y la congelación criogénica, presentan una diversidad de diseños y condiciones de proceso que permiten su aplicación a una vasta gama de productos, incluso no alimentarios, con un amplio intervalo de velocidades de congelación. El desarrollo de estas tecnologías en México se debe a la creciente demanda de alimentos frescos naturales, al creciente mercado de exportación de congelados y a la demanda interna de alimentos preparados o precocinados congelados. Estos procesos frigoríficos son puntos de partida de una cadena del frío.
I.- REFRIGERACIÓN 1.1.-DEFINICIÓN DE REFRIGERACIÓN. La refrigeración consiste en la conservación de los productos a bajas temperaturas, pero por encima de su temperatura de congelación. De manera general, la refrigeración se enmarca entre -1º C y 8º C. De esta forma se consigue que el valor nutricional y las características organolépticas casi no se diferencien de las de los productos al inicio de su almacenaje. Es por esta razón que los productos frescos refrigerados son considerados por los consumidores como alimentos saludables. La refrigeración evita el crecimiento de los microorganismos termófilos que crecen a una temperatura arriba 45 C como Bacillus y Clostridium además de algunas algas y hongos y de muchos mesófilos que crecen en temperaturas de entre -5 a -7 C como bacterias. Sin embargo, lograr un buen producto congelado depende de la temperatura y las otras condiciones de almacenaje. La vida útil de los vegetales refrigerados depende de la variedad, la parte almacenada, las condiciones de su recolección y la temperatura durante su transporte, entre otras. Para los alimentos procesados depende del tipo de alimento, intensidad del procesamiento recibido (fundamentalmente sobre los microorganismos y enzimas), higiene en la elaboración, el envasado y el envase, entre otros. Independientemente del tipo de alimento la refrigeración puede aplicarse sola o en combinación con otras técnicas, tales como la irradiación, las atmósferas modificadas y controladas o el envasado en atmósferas modificadas, entre otras. La refrigeración encuentra gran aplicación en la elaboración de comidas preparadas en los que se aplican los sistemas de cocción-enfriamiento.
1.2.- OBJETIVOS DE LA REFRIGERACIÓN
Mantener la calidad y extender la vida de los productos. Favorecer otros procesos durante la elaboración de alimentos. Asistir a algún otro proceso de elaboración.
1.3.- IMPORTANCIA DE LA REFRIGERACIÓN DE ALIMENTOS. El descenso de la temperatura provoca una reducción en la velocidad de muchas reacciones enzimáticas y no enzimáticas indeseables. Asimismo, retrasa el desarrollo de microorganismos y la deshidratación. El almacenamiento a baja temperatura es uno de los métodos más benignos de conservación de los alimentos, comparado con la deshidratación, la pasteurización, la esterilización industrial, la irradiación u otros métodos de conservación que a menudo provocan cambios inmediatos en los mismos. Se ejerce poco efecto negativo sobre el sabor, la textura, el valor nutritivo y los cambios globales que ocurren en los alimentos, a condición de que se realicen en forma adecuada y que los períodos de almacenamiento no se prolonguen en forma excesiva.
Alimento Carne bovina Pescado
0 ºC 6 –10
22 ºC 1
2 – 7
1
38 ºC Menos de 1 M e n o s d e
Frutas Hortalizas de hoja
2 -180 3 – 20
1 –20 1 – 7
1 1 – 7 1 – 3
Semillas secas
1.000 o más
350 o más
100 o más
En el caso de productos líquidos, generalmente son pasados por un intercambiador a placas antes de llevarlos a las cámaras refrigeradas. En la faena de animales es necesario bajar la temperatura de 38 ºC a unos 2 ºC en 24 horas a fin de conservar su calidad, ya que una serie de procesos enzimáticos se desencadenan a partir del momento del sacrificio que condicionan la maduración de la carne, los cuales se ven fuertemente influenciados por la temperatura. Las heladeras comerciales y domésticas mantienen una temperatura entre 4,5 y 7,0 ºC. La conservación de los alimentos en estos casos se limita solamente a unos días o semanas.
1.4.-FACTORES ENFRIAMIENTO.
QUE
AFECTAN
EL
TIEMPO
DE
Temperatura inicial. Área expuesta. Espesor. Conductividad térmica. Diferencia de temperatura entre el alimento y el medio refrigerante. Medio refrigerante (ej. agua-aire). Velocidad del aire si se usa.
1.5.- ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL ALMACENAMIENTO REFRIGERADO.
Temperatura baja regulada: Se debe asegurar la temperatura necesaria para la refrigeración y mantenimiento del producto en condiciones de refrigeración que no fluctúe en más de 1 ºC de la que ha sido seleccionada. Para lograr esto es necesario conocer todos los factores que pueden generar calor (respiración del producto, equipos o motores dentro de las cámaras) o producir pérdidas (aislamiento de las paredes, frecuencia de apertura de las puertas de acceso, recambio de aire). Esto sumado a la cantidad de producto a enfriar, así como su temperatura inicial y final resultan de utilidad para determinar la carga de refrigeración (cantidad de calor que tiene que ser eliminado por unidad de tiempo) aspecto de importancia en el dimensionamiento de los equipos. Circulación de aire y humedad: La correcta circulación del aire ayuda en la transferencia de calor de los alimentos hacia los evaporadores. La condensación de humedad en la superficie de los alimentos puede facilitar el desarrollo microbiano, por otra parte, si el aire está demasiado seco provocará una pérdida excesiva de humedad en los productos. No obstante, si la humedad relativa de la cámara es muy inferior al 90% la carne se reseca, si es mayor al 90% se corre el riesgo que desarrollen microorganismos. Cuando es necesario mantener alimentos refrigerados por un tiempo prolongado se los debe acondicionar para evitar pérdidas de humedad. Para evitar la pérdida de agua de los productos, la
humedad puede mantenerse elevada mediante el empleo de humidificadores.
Modificación de los gases atmosféricos: Dos modos de disminuir la velocidad de respiración y los cambios fisiológicos que ello produce son: la reducción de la temperatura, la reducción del oxígeno y el aumento del nivel de dióxido de carbono. Este tipo de modificación de la atmósfera en cámaras de refrigeración ha tenido un gran auge a partir de los estudios relacionados con las modificaciones que se producen por los procesos fisiológicos post cosecha en frutas y hortalizas o post mortem en animales, tales como los procesos de respiración – maduración en productos vegetales o cambios en la pigmentación de la carne roja, el crecimiento y los patrones metabólicos de la maduración superficial y de los microorganismos generadores de la descomposición.
1.6.-¿CUÁL ES REFRIGERACIÓN?
LA
MEJOR
TEMPERATURA
DE
Por lo general, los alimentos deben conservarse a la menor temperatura de refrigeración posible, pero sin que se congelen, es decir, sin que ocurran cambios en su aspecto y textura. En el caso de que no podamos regular la temperatura del frigorífico y solo podamos escoger una, tendremos que seleccionar aquella a la que se conserven mejor los alimentos que menos temperatura necesiten.
Entre 8 y 10 ºC. A esta temperatura pueden conservarse las frutas, verduras, legumbres cocidas, compotas abiertas, quesos curados y huevos frescos.Este rango se consigue normalmente en el parte baja del aparato. Entre 0 y 4 ºC. En este rango debemos colocar los alimentos más perecederos como pescados, mariscos, carne, aves, quesos frescos, leche, etc. Suele ser la temperatura de la parte alta del f rigorífico.
1.7.- SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. Para refrigerar un alimento, el producto debe exponerse a un medio de baja temperatura durante el tiempo suficiente para eliminar los calores sensible y latente de fusión del producto. La eliminación de estos calores produce una disminución de la temperatura del producto, así como la transformación del agua de su estado líquido al estado sólido. El proceso de refrigeración puede lograrse mediante sistemas de contacto directo o indirecto. En la mayoría de los casos, el tipo de sistema utilizado dependerá de las características del producto, tanto antes de la refrigeración como después de ella. Existe una gran variedad de circunstancias que hacen prácticamente imposible la utilización de un contacto directo entre el producto y el medio refrigerante.
1.7.1.- SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN CON HIELO SECO. El hielo seco también juega un papel fundamental como gas inerte para la conservación del vino y otros alimentos, para carbonatar líquidos, para congelar alimentos o para el transporte de alimentos que necesitan frío cuando no se dispone de medios mecánicos. De hecho, el transporte con hielo seco ofrece muchas ventajas de cara a mantener los alimentos en buenas condiciones, garantizando la calidad, la seguridad y la higiene de los mismos.
Obtención del hielo seco. Se obtiene reduciendo la presión y la temperatura del dióxido de carbono líquido de forma controlada, haciendo que se convierta en una nieve limpia y blanca que puede ser usada de esta misma forma o en bloques de distintas dimensiones. Cambio de estado. A diferencia del hielo de agua, que pasa de estado sólido a líquido primero, el hielo seco pasa directamente de sólido a gaseoso, con lo cual no deja restos de humedad y no implica cambios en el sabor de los alimentos. Es precisamente esta propiedad la que lo convierte en uno de los métodos más eficaces de enfriamiento instantáneo para los alimentos, además de uno de los más rentables y seguro. Ventajas del hielo seco. La presencia de CO2 no conlleva ningún tipo de riesgo para el consumidor ni para los alimentos. Por el contrario, su utilización ayuda a potenciar el sabor original de las bebidas y de los alimentos, manteniendo la temperatura y mejorando el aspecto general. Diferentes aplicaciones del hielo seco. Aunque el transporte con hielo seco y la aplicación del mismo en otras industrias no es algo nuevo, es ahora cuando está cobrando mayor protagonismo en la industria alimentaria, con usos tales como: - Procesado de alimentos - Uso comercial - Uso doméstico - Uso industrial.
Procesado de alimentos: El uso del hielo seco retrasa la fermentación de los alimentos y evita la aparición de hongos y bacterias. Por este motivo, es muy utilizado en la industria cárnica durante el procesado de productos. Cuando la temperatura es inferior al punto de congelación de los alimentos, la velocidad de proliferación de los microorganismos se reduce considerablemente. Y no solamente por la bajada de la temperatura, sino también por la ausencia de humedad durante el proceso, despojando a las bacterias del agua que necesitan para metabolizarse. Se garantiza la formación de pequeños cristales de manera uniforme en todo el alimento y el agua del interior de las células se congela a la misma velocidad, asegurando que las células permanecen intactas y que el alimento conserve su sabor, frescor y textura. Uso comercial: Es muy interesante también para congelar alimentos, colocándose encima del material. Eso sí, es importante evitar el contacto directo con los alimentos a congelar para evitar quemaduras. También puede ponerse en el fondo del congelador junto con hielo convencional y
colocar los alimentos encima. Lo importante es que nunca haya contacto directo entre el hilo seco y la comida que queremos congelar. Uso doméstico: También es de gran utilidad cuando no tenemos energía eléctrica dentro de un congelador o éste se ha averiado, ya que el hielo seco conserva los alimentos fríos durante un periodo de tiempo muy prolongado. Uso industrial: En este sector es muy útil para la limpieza, llamada limpieza criogénica. Gracias al hielo seco, no es necesario utilizar agua en el proceso. Es cierto que se trata de una limpieza más agresiva pero apta para diferentes superficies, incluso aquellas más delicadas.
1.7.2.- REFRIGERACIÓN MECÁNICA. 1.7.2.1.- SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN. El sistema convencional de refrigeración y el más utilizado en el aire acondicionado, es el sistema de refrigeración por compresión . Mediante energía mecánica se comprime un gas refrigerante. Al condensar, este gas emite el calor latente que antes, al evaporarse, había absorbido el mismo refrigerante a un nivel de temperatura inferior. Para mantener este ciclo se emplea energía mecánica, generalmente mediante energía eléctrica. Dependiendo de los costos de la electricidad, este proceso de refrigeración es muy costoso. Por otro lado, tomando en cuenta la eficiencia de las plantas termoeléctricas, solamente una tercera parte de la energía primaria es utilizada en el proceso. Además, los refrigerantes empleados hoy en día pertenecen al grupo de los fluoroclorocarbonos, que por un lado dañan la capa de ozono y por otro lado contribuyen al efecto invernadero.
UN CICLO SIMPLE FUNDAMENTALES:
FRIGORÍFICO
COMPRENDE
CUATRO
PROCESOS
LA REGULACIÓN. El ciclo de regulación ocurre entre el condensador y el
evaporador, en efecto, el refrigerante líquido entra en el condensador a alta presión y a alta temperatura, y se dirige al evaporador a través del regulador. La presión del líquido se reduce a la presión de evaporación cuando el líquido cruza el regulador, entonces la temperatura de saturación del refrigerante entra en el evaporador y será en este lugar donde se enfría. Una parte del líquido se evapora cuando cruza el regulador con el objetivo de bajar la temperatura del refrigerante a la temperatura de evaporación.
LA EVAPORACIÓN. En el evaporador, el líquido se vaporiza a presión y
temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el refrigerante que cruza el espacio del evaporador. Todo el refrigerante se vaporizada completamente en el evaporador, y se recalienta al final del evaporador. Aunque la temperatura del vapor aumenta un poco al final del evaporador debido al sobrecalentamiento, la presión se mantiene constante. Aunque el vapor absorbe el calor del aire alrededor de la línea de aspiración, aumentando su temperatura y disminuyendo ligeramente su presión debido a las pérdidas de cargas a consecuencia de la fricción en la línea de aspiración, estos detalles no se tienen en cuenta cuando uno explica el funcionamiento de un ciclo de refrigeración normal.
LA COMPRESIÓN. Por la acción del compresor, el vapor resultante de la
evaporación es aspirado por el evaporador por la línea de aspiración hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presión y la temperatura del vapor aumenta considerablemente gracias a la compresión, entonces al vapor a alta temperatura y a alta presión es devuelto por la línea de expulsión.
LA CONDENSACIÓN. Por la acción del compresor, el vapor resultante de
la evaporación es aspirado por el evaporador por la línea de aspiración hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presión y la temperatura del vapor aumenta considerablemente gracias a la compresión, entonces al vapor a alta temperatura y a alta presión es devuelto por la línea de expulsión.
1.7.2.2.- SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN. Un método alternativo de refrigeración es por absorción. Sin embargo, este método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor residual o barata, por lo que la producción de frío es mucho más económica y ecológica, aunque su rendimiento es bastante menor. En estos sistemas la energía suministrada es, en primer lugar, energía térmica. El refrigerante no es comprimido mecánicamente, sino absorbido por un líquido solvente en un proceso exotérmico y transferido a un nivel de presión superior mediante una simple bomba. La energía necesaria para aumentar la presión de un líquido mediante una es igual al de un sistema de refrigeración por compresión. Por esto, al sistema de absorción y desorción se le denomina también "compresor térmico". bomba es despreciable en comparación con la energía necesaria para comprimir un gas en un compresor. A una presión superior, el refrigerante es evaporado desorbido del líquido solvente en un proceso endotérmico, o sea mediante calor. A partir de este punto, el proceso de refrigeración En este sistema de refrigeración por absorción, al igual que en el de compresión se aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. En el caso de los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad de absorber calor que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el bromuro de litio, al disolver, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el amoniaco y el agua, respectivamente. Más en detalle, el refrigerante se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, para acto seguido recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo a una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de absorción, se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de una manera continua.
CICLO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN En los sistemas de refrigeración por absorción se diferencia entre dos circuitos, el circuito del refrigerante entre compresor térmico, condensador y evaporador, y el circuito del solvente entre el absorbedor y el separador. Una ventaja notable de los sistemas de absorción es que el refrigerante no es un fluoroclorocarbono. La mezcla de refrigerante y solvente en aplicaciones de aire acondicionado y para temperaturas mayores a 0°C es agua y bromuro de litio (LiBr). En aplicaciones para temperaturas hasta -60°C es amoniaco (NH 3) y agua. Hasta hoy no se han encontrado otras mezclas apropiadas para estas aplicaciones, aunque se están desarrollando sistemas de adsorción, en los que el refrigerante es absorbido en matrices sólidas de ceolitos.
VENTAJAS E ABSORCIÓN
INCONVENIENTES
DE
LA
REFRIGERACIÓN
POR
El rendimiento es menor que en el método por compresión (0,8 frente a 5,5), sin embargo, en algunos casos compensa el que la energía proveniente de una fuente calorífica sea más económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse. También hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento. Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede volverse a reutilizar. Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS SUSTANCIAS PARES EN SISTEMAS DE ABSORCIÓN Agua / Bromuro de Litio (LiBr) Ventajas Inconvenientes El refrigerante agua tiene una alta El sistema no puede enfriar a capacidad calorífica. temperaturas menores del punto de congelación de agua. La solución de bromuro de litio no es El bromuro de litio es solvente en volátil. agua sólo limitadamente Las sustancias no son tóxicas ni El vacío demanda una alta inflamables. impermeabilidad del sistema Amoniaco (NH3) / Agua Ventajas Inconvenientes El refrigerante amoniaco tiene una Presión muy alta del refrigerante alta capacidad calorífica (tuberías más gruesas) Aplicaciones de temperaturas muy Volatilidad del solvente (es necesaria bajas, hasta -60°C una rectificación) Propiedades muy buenas de Toxicidad del amoniaco transferencia de calor y masa 1.8.- METODOS DE ENFRIAMIENTO 1.8.1.- ENFRIAMIENTO CON AIRE FRÍO. Comercialmente existen dos métodos de enfriamiento que utilizan aire frío, por estos son: refrigeración en cámaras frigoríficas (CF) y refrigeración aire frío forzado (AF).
Cámaras Frigoríficas (CF): Es el método de refrigeración más antiguo y convencional. Debido a su versatilidad y bajo costo es muy utilizado comercialmente. Requiere de instalaciones simples, fácil operación y permite el enfriamiento y almacenamiento de los productos en un mismo lugar, evitando la manipulación excesiva. El enfriamiento de los productos mediante este método se produce cuando éstos son colocados dentro de una CF y son expuestos al aire frío producido. Para producir frío es utilizada la evaporación de líquidos basada en la compresión y descompresión de un fluido frigorífero, que pasa de líquido a gas y viceversa, absorbiendo el calor del medio en el que se vaporiza a baja presión. Las máquinas que producen frío generalmente usan la compresión mecánica. Sus principales elementos son el compresor, el evaporador, el condensador, la válvula de expansión y los equipos de control.
En el enfriamiento por CF la transferencia de calor es baja, debido a que el aire frío circula libremente alrededor de los productos a velocidades relativamente bajas (menos de 1 m s-1), y no es forzado a pasar transversalmente sobre estos. Consecuentemente, se requieren largos periodos para completar el enfriamiento, lo que puede ocasionar una excesiva pérdida de agua y favorecer el deterioro de aquellos productos más sensibles. Por esta razón, este método se utiliza principalmente en productos tolerantes a un lento enfriamiento, que tienen vida útil relativamente larga y que se almacenan en la misma cámara en la que se enfrían. Los principales ejemplos incluyen flores cortadas, papas, cebollas, camotes, cítricos, manzanas y peras.
Aire Forzado (AF ): El enfriamiento por aire forzado (AF) es una modificación de la refrigeración en CF, la cual consiste básicamente en el paso forzado del aire a través del producto, a velocidades de entre 1 y 5 m/s, lo que incrementa el proceso de transferencia de calor y consecuentemente reduce el tiempo de enfriamiento de los productos. Este método es más común que cualquier otro método de enfriamiento, además presenta relativa simplicidad en la instalación y operación, pocas limitaciones con respecto al producto que será enfriado. Trabajos realizados utilizando enfriamiento por AF muestran que es una tecnología aplicable a una amplia variedad de productos. Sin embargo, el enfriamiento por AF presenta algunas desventajas como ser: una mayor manipulación del producto, enfriamiento desigual; pues normalmente el producto que está en mayor contacto con el flujo de aire se enfría en un tiempo más corto en comparación con aquel que está en una posición más alejada ; y tiempo más lento de enfriamiento en comparación con el HE o EV, pudiendo causar pérdidas excesivas de agua en algunos productos. En general, este tipo de enfriamiento es de cuatro a diez veces más rápido que la refrigeración en una CF, pudiendo realizarse en tiempos relativamente cortos que van desde una hora a más de seis horas en frutos grandes. Sin embargo, son varios los factores que influyen en la velocidad de enfriamiento del AF, entre ellos, el volumen de aire frío que pasa a través del producto. Otro factor tiene que ver con las características del producto, como: la temperatura inicial, calor específico, tamaño y forma geométrica; la posición de la fruta en el envase y la posición de éstas en el estibado; otras características del aire de refrigeración, como temperatura, humedad relativa y propiedades térmicas, el coeficiente de
transferencia de calor, la diferencia de temperatura entre el producto y el medio refrigerante y el tipo de medio de enfriamiento, también influyen en el tiempo de enfriamiento.
1.8.2.- HIDROENFRIAMIENTO (HE). El Hidroenfriamiento (HE), es un tipo de enfriamiento en el que los vegetales se rocían o sumergen en agua fría, con el objetivo de eliminar el calor de campo. Las principales consideraciones al momento de aplicarlo se pueden clasificar como: (1) condiciones del proceso, determinadas por la temperatura, calidad microbiológica del agua, método y tiempo de aplicación y (2), las propiedades del producto, determinadas por la matriz, superficie, tamaño y lesiones presentes. En el HE generalmente se usan temperaturas de agua inferiores a las requeridas para el almacenamiento de los productos; esto con el objetivo de obtener menores periodos de enfriamiento; sin embargo, algunas veces estas temperaturas no son recomendadas, debido a los perjuicios que pueden ocasionar al producto. Por otro lado, si la temperatura del producto no es disminuida hasta la temperatura óptima de almacenamiento, no se estará siendo eficiente en el enfriamiento. Sin embargo, este método presenta algunas limitaciones; como la calidad sanitaria del agua empleada; siendo que, la reutilización continua podría concentrar microorganismos patógenos y ocasionar contaminación en los productos tratados, significando un problema y no una ventaja, generando un punto crítico de contaminación y tornando necesario el uso de sanitizantes. Otra limitante consiste en que tanto el producto como las cajas y material auxiliar de empaque, deben ser tolerantes al agua, así como a la presencia de cloro y de otros compuestos químicos usados para sanitizar el agua de enfriamiento. En ese contexto, el HE puede ser una solución que servirá para mejorar las características del producto o por el contrario podrá conducir a problemas de contaminación, todo dependerá de las condiciones de proceso empleadas.
1.8.2.- ENFRIAMIENTO POR VACÍO (EV). A diferencia de otros métodos de enfriamiento, el EV extrae el calor de los productos colocados en un recipiente sellado (cámara de vacío) mediante la evaporación del agua presente en el interior del producto y/o que ha sido rociada intencionadamente en la superficie, cuando la presión es reducida mediante una bomba. Por lo tanto, el principio de funcionamiento del EV se basa en el calor de evaporación del agua (calor latente) que es suministrado por el calor sensible del producto y que finalmente ocasionará la disminución de la temperatura.
El proceso de EV se produce en dos etapas; en la primera, con el producto dentro de la cámara a temperatura ambiente, la presión se disminuye del valor atmosférico para aproximadamente 20 mbar. Durante este tiempo la evaporación es lenta y el enfriamiento es pequeño, siendo que, la temperatura del producto se mantiene constante hasta que se alcanza la presión de saturación. Una vez que esta se alcanza, el agua se comienza a evaporar y el producto se enfría rápidamente. La segunda etapa comienza simultáneamente con el fin de la primera, la presión se disminuye hasta alcanzar la presión correspondiente a la temperatura final deseada. El EV es considerado un método de enfriamiento rápido y uniforme en comparación con el AF y el HE. Un sistema comercial de refrigeración por vacío es capaz de reducir la temperatura de la lechuga de 25 0C a 1°C en menos de 30 minutos, mientras que usando AF son necesarios 65 minutos. Los principales factores que influyen en el tiempo y la eficiencia del EV son: la relación área superficial/volumen del producto expuesto y la facilidad con la que el agua sale del producto. Sin embargo, se debe considerar que una vez que el agua es removida, los productos no deben tener un daño excesivo en su estructura, pues ocasionaría la pérdida de calidad de los mismos. Entre las ventajas del EV se puede mencionar la reducción uniforme de la temperatura interna y externa de los productos, la cual permite una menor contracción y colapso de la estructura del vegetal; además de ser considerado un proceso seguro y libre de contaminantes, debido a que el aire solamente entra en la cámara de vacío al final del proceso, cuando se abre la cámara para liberar el vacío; inactiva microrganismos patógenos debido a daños ocasionados en el ADN microbiano, destruyendo las capacidades reproductivas, y otras funciones de las células de los patógenos. Sin embargo, las inversiones para la implementación del EV son mayores en comparación con los sistemas que utilizan aire y agua; además, la aplicación del EV vacío se restringe a productos con una vida útil corta, en los que se requiere de períodos cortos de refrigeración.
II.- CONGELACIÓN DE ALIMENTOS 2.1.- DEFINICION La congelación permite conservar nuestros alimentos por largos periodos de tiempo. Gracias a las bajas temperaturas (inferiores a 24°C bajo cero) se detiene la actividad bacteriológica y enzimática que descompone los alimentos. La congelación es una forma de conservación de alimentos que se basa en la solidificación del agua contenida en estos. Por ello uno de los factores a tener en cuenta en el proceso de congelación es el contenido de agua del producto. En función de la cantidad de agua se tiene el calor latente de congelación. El calor latente del agua es la cantidad de calor necesario para transformar 1 kg de líquido en hielo, sin cambio de temperatura, en este caso es de 80 kcal/kg. Otros factores son la temperatura inicial y final del producto pues son determinantes en la cantidad de calor que se debe extraer del producto.
En alimentación se define la congelación como la aplicación intensa de frío capaz de detener los procesos bacteriológicos y enzimáticos que destruyen los alimentos. Los alimentos deben congelarse en perfectas condiciones de calidad, deben de estar maduros y absolutamente frescos y deberán mantener estas cualidades una vez descongelados.
2.2.- OBJETIVOS DE LA CONGELACIÓN.
Mantener la calidad y aumentar la capacidad almacenamiento. Asistir a otro proceso de la industria ej.concentración.
de
2.3.- CURVA DE CONGELACIÓN El proceso de congelación en los alimentos es más complejo que la congelación del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos disueltos además de agua, presentan un comportamiento ante la congelación similar al de las soluciones. La evolución de la temperatura con el tiempo durante el proceso de congelación es denominada curva de congelación. La curva de congelación típica de una solución se muestra en la siguiente figura. Cristalización del agua (temperatura crioscópica), este variará acorde al sistema de congelación utilizado (rápido o lento).
Esta curva posee las siguientes secciones:
AS: el alimento se enfría por debajo de su punto de congelación e inferior a 0º C. En el punto S, al que corresponde una temperatura inferior al punto de congelación, el agua permanece en estado líquido. Este sub-enfriamiento puede llegar a ser de hasta 10º C por debajo del punto de congelación. SB: la temperatura aumenta rápidamente hasta alcanzar el punto de congelación, pues al formarse los cristales de hielo se libera el calor latente de congelación a una velocidad superior a la que este se extrae del alimento. BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases anteriores, eliminándose el calor latente con la formación de hielo, permaneciendo la temperatura prácticamente constante. El incremento de la concentración de solutos en la fracción de agua no congelada provoca el descenso del punto de congelación, por lo que la temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se forma la mayor parte del hielo.
CD: uno de os solutos alcanza la sobresaturación y cristaliza. La liberación del calor latente correspondiente provoca el aumento de la temperatura hasta la temperatura del soluto. DE: la cristalización del agua y los solutos continúa. EF: la temperatura de la mezcla de agua y hielo desciende. En realidad la curva de congelación de los alimentos resulta algo diferente a la de las soluciones simples, siendo esa diferenciación más marcada en la medida en que la velocidad a la que se produce la congelación es mayor.
2.4.- TIEMPOS DE CONGELACIÓN La duración real del proceso de congelación depende de diversos factores, unos son relativos al producto a congelar y otros al equipo utilizado, de estos los más importantes son: - Dimensiones y forma del producto (espesor). -Temperatura inicial y final. - Temperatura del refrigerante. - Otros: Coeficiente de transferencia de calor superficial del producto. Variación de entalpía (la entalpía consiste en energía sensible debajo del punto de congelación) y Conductividad térmica del producto. El conocimiento del tiempo de congelación es de gran importancia para el diseño del proceso. Este tiempo es un dato necesario para determinar la velocidad de refrigeración requerida en relación con la capacidad del sistema de congelación. La predicción del tiempo de congelación puede basarse en métodos numéricos y en métodos aproximados.
2.5.- FIN DE LA CONGELACIÓN El proceso de congelación termina cuando la mayor parte del agua congelable se transforma en hielo en el centro térmico del producto. En la mayoría de casos la temperatura del centro térmico coincide en ese momento con la temperatura de almacenamiento. Si el producto se retira antes de ese momento resultará una congelación lenta en el centro del mismo y perdida de la calidad del producto congelado. Almacenar productos insuficientemente enfriados podría perjudicar otros que se encuentren en el almacén, es recomendable proseguir un enfriamiento hasta lograr una temperatura de equilibrio como de -18° C.
2.6.- VELOCIDAD DE CONGELACIÓN La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación, así entre más rápido se produzca el congelamiento mejor calidad en el producto congelado se obtiene. El principal efecto de la congelación sobre la calidad de los alimentos es el daño que ocasiona en las células el crecimiento de los cristales de hielo. La congelación de los tejidos se inicia por la cristalización del agua en los espacios extracelulares puesto que la concentración de solutos es menor que en los espacios intracelulares. Congelación Lenta: Cuando la congelación es lenta la cristalización extracelular aumenta la concentración local de solutos lo que provoca, por ósmosis, la deshidratación progresiva de las células. Congelación Rápida: Cuando la congelación es rápida la cristalización se produce casi simultáneamente en los espacios extracelulares e intracelulares. El desplazamiento del agua es pequeño, produciéndose un gran número de cristales pequeños.
2.7.-CAMBIOS EN LOS ALIMENTOS ALMACENAMIENTO CONGELADO:
DURANTE
EL
Cambio de volumen. La congelación provoca un aumento en el
volumen de los alimentos dada la menor densidad del hielo respecto al agua. Daño s obre las células ocas ionadas por los cri s tales de hielo. Los alimentos sólidos de tejidos vivos, como carnes, pescados, frutas y hortalizas poseen una estructura celular de paredes y membranas delicadas. Dentro de y entre las células hay agua. Cuando el agua se congela rápidamente forma cristales de hielo diminutos; cuando se congela más lentamente, forma grandes cristales de hielo y racimos de cristales. Los grandes cristales de hielo que se forman dentro de o entre las células pueden causar la ruptura física y la separación de células en grado mucho mayor que los cristales de hielo más pequeños. Concentración de solutos : Una propiedad básica de las soluciones acuosas es que cuando aumentan su concentración de sólidos disueltos, bajan sus puntos de congelación. Así cuando mayor sea la cantidad de sal, azúcar, minerales o proteínas en una solución, más bajo será el punto de congelación y más tardará ésta en congelarse cuando se la coloca en una cámara de congelación. Una unidad determinada de alimento, ya sea una botella de leche, una pieza de carne o una lata de duraznos en almíbar, no se congelará uniformemente; es decir, no se cambiará del estado líquido al sólido.
2.8.- TIPOS DE CONGELACIÓN
Por aire: una corriente de aire frío extrae el calor del producto hasta que se
consigue la temperatura final Por contacto: una superficie fría en contacto con el producto que extrae el calor Criogénico: se utilizan fluidos criogénicos, nitrógeno o dióxido de carbono, que sustituyen al aire frío para conseguir el efecto congelador.
2.8.- METODOS DE CONGELACION La calidad de los alimentos congelados se encuentra influenciada por la velocidad con que se produce la congelación, así entre más rápido se produzca el congelamiento mejor calidad en el producto congelado se obtiene.
Lentos (0,1-0,5 cm h-1): Almacenes de congelación: Congelación por aire tranquilo: es el método más antiguo y menos costoso desde el punto de vista del equipo requerido. El alimento se coloca simplemente en una cámara fría. Semi-rápidos (0,5-5 cm h-1): Túneles de aire forzado. Congelación por corrientes intensas de aire: funcionan a temperaturas de entre –29 y –45 ºC y velocidades del aire de entre 600 y 900 metros por minuto. Los congeladores de circulación de aire intenso son de muchos diseños, desde cuartos en que se congelan los alimentos por lotes, hasta túneles con los que carros o bandas transportadoras se mueven continuamente. O pueden poseer combinaciones de ambas. Este método permite la utilización del movimiento vertical por el cual se cargan productos en cangilones que atraviesan transversalmente una corriente de aire frío reduciendo el tiempo de congelación de algunos productos colocados en capas delgadas. Rápidos (5-10 cm h-1): Congeladores de lecho fluidizado. En estos casos el aíre frío atraviesa una malla de alambre que sostiene y transporta el producto. Esta técnica comunica a los alimentos en forma de partículas, un leve movimiento vibratorio que acelera la velocidad de congelación. Donde la velocidad del aire se acelera al punto en que excede justamente la velocidad de la caída libre de las partículas logramos la condición de fluidización y la congelación en un lecho fluidizado. Esto no sólo logra la subdivisión del producto y el contacto íntimo de cada partícula con el aire frío, sino que impide que las partículas se adhieran y se congelen en racimos, por lo que se adapta bien a la congelación de productos en unidades pequeñas (IQF) o congelación rápida de manera individual.
Ultra rápido (10-100 cm h-1): El método más rápido de los métodos comerciales de congelación de alimentos se basa en el uso de congeladores criogénicos en los que se sumerge el alimento suelto o el paquete que lo contiene en el medio refrigerante.
2.9.- EQUIPOS DE CONGELACIÓN 2.9.1.- Cámaras: Velocidad de congelación baja (0,2 cm h-1)
2.9.2.- Túneles: Velocidad de congelación media (0,5-5 cm h-1) El producto se coloca en bandejas fijas o bien atraviesa el túnel en forma continua.
2.9.3.-Lecho fluidizado: Velocidad de congelación alta (5-10 cm h-1) Se utiliza en alimentos de tamaño relativamente pequeño.
2.9.4.- Congeladores criogénicos: Velocidad de congelación muy alta (10-100 cm h -1).
III.- Procesos que provocan el deterioro de los alimentos Los alimentos son de carácter: físico, químico, bioquímico y microbiológico.
Procesos físicos: entre estos factores el más destacado es la pérdida de agua, la cual se produce cuando el producto almacenado se encuentra directamente al ambiente de la cámara. Junto con el agua, se produce la pérdida de componentes volátiles, los que en cantidades casi imponderables condicionan en gran medida el aroma y el sabor de los productos. Procesos químicos: están dados por reacciones químicas, pudiendo señalarse entre estas la oxidación de las grasas, lo cual provoca rancidez en los productos. Procesos bioquímicos: corresponden a las reacciones de esta naturaleza, pudiendo señalarse entra estas a la acción de las enzimas. Un ejemplo típico de ello es la acción de la enzima polifenoloxidasa, la que provoca el oscurecimiento de los productos. Procesos microbiológicos: están dados por la acción de los microorganismos patógenos los que provocan el deterioro de los productos.
Para frenar la acción de estos procesos se buscan condiciones de almacenaje que retarden el deterioro de los productos. Entre estas condiciones se encuentran la temperatura, la humedad relativa, la circulación del aire, la composición de la atmósfera de la cámara. De estas, la temperatura constituye el factor de mayor incidencia. A medida que la temperatura disminuye todos los procesos causantes del deterioro se ven disminuidos, lo que trae como consecuencia la prolongación de la vida útil de los productos almacenados. A medida que la humedad relativa aumenta, la evaporación disminuye pues el gradiente para la transferencia disminuye, sin embargo, ello beneficia el desarrollo de los microorganismos. La humedad relativa podrá ser más alta en la medida en que la temperatura sea más baja. No obstante, esta temperatura de conservación tiene límites, basado en un análisis económico así como en la posible influencia sobre el producto. Cuando la circulación del aire aumenta las pérdidas por evaporación se incrementan lo que a su vez provoca en los productos una superficie desecada poco favorable para el desarrollo de los microorganismos.
