Sistemas de congelación industrial de alimentos PDF

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[Escuela][Título del curso][TÍTULO DEL DOCUMENTO][Subtítulo del documento]Índice Introducción Desarrollo 1. Congelamiento por ráfaga o aire forzado 1 Mecanismo de acción 1 Sistemas de congelación por ráfaga o aire forzado 1.2 Cuartos de conservación en cámara frigorífica. 1.2 Túneles estacionarios d...

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Índice Introducción ........................................................................................................... 2 Desarrollo .............................................................................................................. 5 1. Congelamiento por ráfaga o aire forzado .................................................. 5 1.1 Mecanismo de acción ............................................................................. 5 1.2 Sistemas de congelación por ráfaga o aire forzado ................................ 6 1.2.1 Cuartos de conservación en cámara frigorífica. .............................. 7 1.2.2 Túneles estacionarios de células de congelación de ráfaga. .......... 8 1.2.3 Congelador para carretillas. ............................................................ 9 1.2.4 Congeladores de banda de espiral. ................................................ 9 1.2.5 Congelador de espiral. ................................................................. 10 1.2.5.1 De flujo de aire vertical. ........................................................ 10 1.2.5.2 De circulación de aire dividida. ............................................. 11 1.6 Ventajas ............................................................................................... 12 1.7 Almacenamiento de Alimentos ............................................................. 13 1.7.1 Frutas y Hortalizas ........................................................................ 13 1.7.2 Carne y Pescado .......................................................................... 15 2. Congeladores de contacto directo........................................................... 15 2.1 Descripción general y mecanismo de acción. ....................................... 17 2.2 Ventajas y desventajas......................................................................... 18 2.3 Aplicaciones. ........................................................................................ 19 3. Congeladores criogénicos de inmersión. ............................................... 20 3.1 Mecanismo de acción ........................................................................... 21 3.2 Ventajas y desventajas......................................................................... 22 3.3 Aplicaciones. ........................................................................................ 23 4. Congeladores crio-mecánicos. ................................................................. 23 4.1 Mecanismo de acción ............................................................................ 24 Conclusiones ....................................................................................................... 25 Referencias .......................................................................................................... 26

Introducción La congelación es un sistema de conservación que se utiliza tanto en la industria alimentaria como en la restauración profesional y en el hogar. Permite almacenar grandes cantidades de comida, pone al alcance del consumidor productos fuera de temporada a buen precio y ahorra tiempo y dinero; además de mantener la calidad inicial del alimento, tanto higiénico-sanitaria como nutricional, la congelación debe preservar las características organolépticas de los productos tras la descongelación (Pelayo, 2009).

Ilustración 1 Conservación de alimentos en tiendas comerciales

Este método de conservación impide la multiplicación de los microorganismos. Dado que el proceso no destruye a todos los tipos de bacterias, aquellos que sobreviven se reaniman en la comida al descongelarse y a menudo se multiplican mucho más rápido que antes de la congelación (Bassa Tech, 2020). Unas prácticas inadecuadas de congelación pueden generar texturas no deseadas o un exceso de exudado. La calidad sensorial y nutricional puede disminuir, mientras el peligro de crecimiento microbiano aumenta, se produce una pérdida física del producto y, en consecuencia, se reduce la rentabilidad para la industria alimentaria. Los consumidores buscan productos frescos, o lo más similares posible. Exigen

alimentos con una alta calidad sensorial, que mantengan sus propiedades originales, sin renunciar a productos de temporada durante todo el año y a buen precio (Pelayo, 2009).

Ilustración 2 Alimentos pre-cocinados congelados

En función del sistema utilizado, la velocidad de congelación y el resultado del proceso varían. El frío mecánico se puede obtener por corriente de aire frío, por contacto con una superficie o mediante fluidos criogénicos, nitrógeno o dióxido de carbono. Este método proporciona una congelación muy rápida a muy baja temperatura llamada ultra congelación. Una congelación lenta perjudica al alimento, ya que la formación de cristales de hielo rompe los tejidos y produce, tras la descongelación, productos con texturas inapropiadas, pérdida de nutrientes y propiedades sensoriales a través de exudados, con la consiguiente pérdida de calidad.

Ilustración 3 Alimentos congelados

La ultra congelación a través de congelación criogénica y la asistida por alta presión ofrecen buenos resultados. Cuanto más baja sea la temperatura más lenta serán las reacciones químicas, la acción enzimática y el crecimiento bacteriano (Bassa Tech, 2020). La rapidez del proceso evita la formación de cristales de hielo de tamaño suficiente como para dañar el tejido celular (Pelayo, 2009).

Ilustración 4 Equipos de congelación

Aunque cada producto tiene una temperatura ideal e individual de almacenaje, la mayoría de los productos alimenticios congelados se almacenan entre −7 a −35 °C, así mismo como se mencionaba anteriormente, la elección del equipo a usar dependerá del alimento y sus características. Los congeladores de aire forzado son aplicables casi a cualquier producto, embalado o no; los aparatos de contacto exigen bloques de forma regular; la inmersión conveniente sobre todo a productos embalados (Alcover & Quintela Cornaglia , 2006).

Desarrollo

1. Congelamiento por ráfaga o aire forzado El enfriamiento con aire forzado es realizado exponiendo los paquetes del producto en un cuarto de enfriamiento a una corriente de aire con una mayor presión sobre un lado que sobre el otro. Esta diferencia de presión produce una fuerza que empuja el aire fresco por entre los paquetes y circula por la superficie del producto, removiendo así el calor del producto (Fire, 2002).

Ilustración 5 Enfriamiento por ráfaga o aire forzado

1.1 Mecanismo de acción En el cuarto en donde se realiza el proceso, el calor se elimina lentamente desde los productos que se encuentran en el exterior hacia el interior del recipiente. En el centro del empaque, el calor generado por la respiración natural es más rápido que la velocidad con la que puede ser removido, ocasionando ascensos notables de temperatura.

El aire frío se hace circular a alta velocidad sobre producto. El aire extrae calor del producto. Este aire con temperatura más alta pasa por un intercambiador de calor, en donde un fluido refrigerante le retira el calor y nuevamente frío es recirculado. Los congeladores de ráfaga utilizan el aire como el medio de transferencia térmica, al haber una circulación forzada de aire se mejora la eficiencia en el proceso de congelación; esto se debe a que el aire se renovaba permanentemente, de forma que el producto siempre está en contacto con aire frío, produciendo un descenso en el tiempo en el cual el alimento se congela (Alcover & Quintela Cornaglia , 2006).

Ilustración 6 Mecanismo de acción

1.2 Sistemas de congelación por ráfaga o aire forzado Las industrias en las cuales el proceso de congelamiento es importante y tienen una producción elevada se inclinan por estos nuevos equipos continuos que satisfacen en forma más eficaz sus necesidades. Existe una gran cantidad de sistemas de congelamiento por ráfaga, por ejemplo: batch o lote, cuartos de conservación o cámaras frigoríficas, celulares inmóviles o estacionaras de ráfaga, con carros para

empujar, continuo. Línea de proceso, bandas o cintas rectas (de dos fases, de pasos múltiples), camas o lechos fluidizados, b andas transportadoras fluidifizadas y bandas de transporte en espirales, pero en esta investigación solo nos enfocaremos en los siguientes:

1.2.1 Cuartos de conservación en cámara frigorífica. Aunque una cámara frigorífica de conservación no se considera un sistema de congelación, se utiliza a veces para este propósito. En general consisten en cámaras de almacenamiento que en casos excepcionales se utilizan para congelar. En estos cuartos de almacenamiento el congelamiento suele ser tan lento por lo que la calidad del producto no es buena. Al congelarse lentamente los cristales de agua son de mayor tamaño en comparación con los de un proceso más rápido. Esto produce daños estructurales en el alimento y como consecuencia una pérdida en la calidad del mismo (Alcover & Quintela Cornaglia , 2006).

Ilustración 7 Cuartos de conservación en cámara frigorífica

1.2.2 Túneles estacionarios de células de congelación de ráfaga. La célula estacionaria de ráfaga es un congelador de simple funcionamiento que produce resultados satisfactorios para la mayoría de los productos. Es una cámara aislada equipada de bobinas de refrigeración y ventiladores axiales o centrífugos que circulan el aire sobre los productos. El alimento se coloca generalmente en bandejas, que se colocan en los estantes de forma que dejan un espacio entre una y otra para no entorpecer la circulación del aire. Es importante que los estantes estén colocados de forma que se produzca la circulación más turbulenta posible, cambiando la dirección de aire entre los estantes en forma brusca. Los alimentos y otros productos (por ejemplo: artículos de panadería, empanadas de carne, pescados, alimentos preparados, entre 18 otros) pueden ser congelados con el embalaje o sin el mismo, disponiendo el alimento directamente sobre las bandejas. Dependiendo del producto, las pérdidas por derrame, daño y la deshidratación pueden ser grandes y la calidad del producto se reduce. Es un método muy flexible ya que puede ser utilizado en un numeroso espectro de alimentos. Es conveniente en el caso de que se necesite congelar pequeñas cantidades de productos variados (Alcover & Quintela Cornaglia , 2006).

Ilustración 8 Túneles estacionarios de células de congelación de ráfaga

1.2.3 Congelador para carretillas. Con carretillas para poder empujar a través del congelador, se incorpora un grado moderado de mecanización. Los estantes son movidos generalmente en los carriles por un mecanismo que empuja, que puede estar hidráulicamente o eléctricamente accionado. Este tipo de congelador es similar a la célula inmóvil o estacionaria de ráfaga. Este sistema se utiliza extensamente para productos de corteza congelada (enfriamiento rápido), como los paquetes empacados de aves de corral crudas y para productos de formas irregulares. Otra versión utiliza una impulsión de cadena para mover las carretillas a través del congelador. También se debe de agregar que el túnel es un equipo de congelación muy flexible, adaptable muchos productos de diferentes tamaños y formas, empacados o no, aunque en este equipo se debe considerar utilizar embalados ya que estos no se adhieren a bandejas y facilitan su manejo y limpieza de equipos. Cuando se utiliza congelado rápido individual (IQF) no existe problemas de adherencia (Cerros, 2015).

Ilustración 9 Congelador para carretillas

1.2.4 Congeladores de banda de espiral. Este congelador se utiliza generalmente para productos con tiempos de congelación largos (10 min a 3 h). Una banda transportadora que se desplaza describiendo

círculos, subiendo a medida que avanza. Este formato requiere de espacio mínimo para una banda relativamente larga. El principio de funcionamiento del congelador de banda de espiral es el uso de un sistema de carril que tuerce en espiral para llevar la banda. El número de pisos en espiral puede variar para adaptarse a diversas capacidades. Además, dos o más torres espirales se pueden utilizar en serie para productos con tiempos de congelación largos.

Ilustración 10 Congelador de banda en espiral

Los congeladores espirales están disponibles en una amplia gama dependiendo del ancho de banda y se fabrican como modelos empaquetados, modulares para adaptarse a varios procesos y capacidades. La circulación de aire es aplicada en este tipo de equipos por ventiladores axiales. Estos equipos están diseñados para optimizar el espacio en los procesos que necesitan un congelamiento prolongado. El producto va ascendiendo a lo largo de la cinta en contacto con el aire frío y de esta forma se produce la congelación del alimento (Alcover & Quintela Cornaglia , 2006).

1.2.5 Congelador de espiral. 1.2.5.1 De flujo de aire vertical. Hay varios diseños disponibles para controlar la circulación de aire. Un diseño de flujo de aire vertical tiene un piso del entresuelo que separa el congelador en dos

zonas de presión, bafles alrededor del exterior e interior de la forma de la banda, un tubo transporta el aire de modo que los flujos de aire para arriba o alrededor del producto como el transportador bajen el producto. La circulación de aire controlada reduce el tiempo de congelación para algunos productos (Cerros, 2015).

Ilustración 11 Congelador de espiral de flujo de aire vertical

1.2.5.2 De circulación de aire dividida. Otro diseño, de Circulación de aire divida, parte la circulación de aire de modo que el aire más frío entre en contacto con el producto cuando entra y cuando sale del congelador. El aire más frío introducido en el producto cuando entra, puede aumentar la transferencia térmica del calor superficial y congelar la superficie más rápidamente, que también puede reducir la deshidratación del producto (Cerros, 2015).

Ilustración 12 Congelador de espiral de circulación de aire dividida

Los productos típicamente congelados en congeladores de bandas de espirales incluyen: empanadas crudas y cocinadas de carne, productos de pescados, porciones del pollo, pizza, y una gran variedad de productos empaquetados.

1.6 Ventajas La congelación por ráfaga o aire forzado tiene múltiples ventajas, entre las cuales pueden destacar las siguientes (Fire, 2002): 1. Disminuye el tiempo que el producto permanece a temperaturas elevadas, logrando reducir el deterioro del mismo. 2. Brinda períodos más cortos de enfriamiento y hace más eficiente el uso de las instalaciones. 3. Puede enfriar el producto efectivamente en una variedad de recipientes o empaques cerrados sin mojarlo o someterlo a manipulación excesiva. 4. Es más eficiente que los cuartos, desde el punto de vista de gasto de energía, cuando deben enfriarse volúmenes grandes de producto. 5. Una instalación con un cuarto de enfriamiento que brinde la capacidad adecuada, puede convertirse en una instalación de enfriamiento por aire forzado, con una inversión relativamente pequeña en ventiladores.

Ilustración 13 Ventajas de la congelación por aíre forzado

1.7 Almacenamiento de Alimentos 1.7.1 Frutas y Hortalizas Una variedad de empaques de fruta y verdura se han usado con enfriamiento con aire forzado. Las frutas y vegetales tienen comportamientos diferentes y pueden modificar el ambiente donde se almacenan, produciendo etileno y olores indeseables en algunos productos. Además, las temperaturas y humedades relativas de almacenamiento varían según el producto, por lo cual debemos asegurar un almacenamiento en condiciones adecuadas para todos los productos. Es importante recordar que cuando se mezclan mercancías que requieren humedades y temperaturas ligeramente diferentes, deben conocerse las condiciones óptimas para al producto más valioso o sensible, que determina las condiciones de viaje. En la siguiente tabla se presenta los grupos de compatibilidad, es decir, los productos que pueden ser almacenados bajo condiciones similares sin que se afecte de algún modo su calidad (Fire, 2002). Tabla 1 Almacenamiento de frutas y hortalizas

Condiciones Grupo

recomendadas Temperatura H.R. (°C)

1

0-2

2

0-2

Productos ( * :Estos productos pueden estar cortados)

(%) 9095

90100

Manzanas, Albaricoques, Remolachas cortadas, Bayas (excepto arándanos), Cerezas, Cocos, Higos (no con manzanas), Uvas, Puerros, Melocotones, Naranjas, Granadillas, Peras, Ciruelos, Nabos, Rábanos Anís*, alcachofas*, Espárrago, Judías remolachas*, Achicoria, Bayas (excepto arándanos), Brócoli*, Col de Bruselas*, Repollo*, Zanahorias*, Coliflor*, Apio*, Cerezas, Maíz*, Uvas, Alcachofa, Kiwii*, Puerros (no con higos o uvas), Lechuga, Setas, Cebollas* (no con higos,

uvas, seta, ruibarbo o maíz), Perejil*, Guisantes*, Granadillas, Rábanos*, Ruibarbo, Guisantes, Espinaca*, Nabos*, Nueces. 3

0-2

4

4.5

5

10

6

10-15

7

18-21

6575 9095

Ajos y Cebollas. Peras, Caimito, Melón, Yucas, Arándanos, Limones, Mandarinas, Naranjas, Melones, Pepinos, Tamarindo.

85-

Judías, Pepinos, Berenjena, Okra, Papas,

90

Tamarindos.

8590

8590

Aguacates, Plátanos, Melones, Zapotes, Pan de fruta, Chirimoyas, Carambolo, Cocos, Jengibre, Granadillas, Guayabas, Limones*, limas*, Mamey, Mangos, Mangostino, Papayas, Maracuyá, Piña, Papas, Manzanas, Tomates maduros. Peras verdes, Tomates maduros o verdes, Sandías, Zapotes.

Ilustración 14 Congelamiento de frutas y hortalizas

1.7.2 Carne y Pescado Se utiliza este método cuando el pescado o carne es de mayor porte y no es posible la congelación en salmuera, en el caso del pescado. El producto es introducido en el túnel en cajas y sometido a una corriente de aire frío durante un mínimo de diez horas, a una temperatura de -25ºC (Peixe Azul, 2018).

Ilustración 15 Congelamiento de carne

2. Congeladores de contacto directo. El medio primario de transferencia térmica de un congelador de contacto es por conducción; el producto o el paquete se ponen en contacto directo con una superficie refrigerada (Cerros, 2015).

Los congeladores de contacto se pueden clasificar como: Batch o Lote: -

Placa horizontal manual.

-

Placa vertical manual

Proceso en línea. -

Placa automática

-

Banda de contacto (acero inoxidable sólido)

-

Diseño especializado.

Ilustración 16 Placa vertical manual

El tipo más común de congelador de contacto es el congelador de placa de contacto, en el cual el producto se presiona entre las placas del metal. El refrigerante es circulado dentro de los canales en las placas, que asegura transferencia térmica y resultados eficientes en tiempos de congelación cortos, a condición de que el producto es un buen conductor del calor, como para prendederos de pescados, espinaca cortada, o de menudencias de carne. Sin

embargo, los paquetes o las cavidades deben ser llenados bien y si se utilizan las bandejas de metal, no deben ser torcidas o deformes (Cerros, 2015).

2.1 Descripción general y mecanismo de acción. El Congelador de Placa de Contacto, permite congelar alimentos rápidamente usando un proceso de congelación industrial. El equipo incluye un circuito de refrigeración por compresión. Éste se basa en forzar mecánicamente la circulación de un refrigerante a través de un circuito cerrado dividido en dos zonas (alta y baja presión), con la finalidad de que el fluido absorba calor del ambiente en un intercambiador de calor denominado evaporador (zona de bajo presión) y que ceda calor en otro intercambiador denominado condensador (zona de alta presión).

Ilustració...