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4.7.3 Tipos De Congeladores
4.7.3.1 De Túnel por Corriente de Aire
Congelador por aire
El método de congelación por aire es el más antiguo y el menos costoso en
este método el alimento se coloca simplemente en una cámara fía aislada, con una
temperatura que generalmente se mantiene en la escala de –23 ° C A –29 ° C. Este
método se llama congelación aguda porque cualquier temperatura inferior a –20 °C
se considera muy baja.
En contraste con los congeladores de aire tranquilo, los de corrientes de aire
intensas funcionan característicamente a temperaturas entre –29 y –45 °C y con
velocidades de aire forzado de 600 a 900 metros por minuto.
Los congeladores de corrientes de aire intensas en forma de túnel van desde
cuartos en que se congelan los alimentos por lotes, hasta túneles por los que carros
o bandas transportadoras se mueven continuamente.
Otros diseños se valen del movimiento vertical de los alimentos colocados
sobre la charola. Las charolas cargadas de producto en forma de partículas, como
chícharos o ejotes, son llevadas automáticamente hacia arriba, atravesando una
corriente de aire frío. Con frecuencia se emplea el principio del flujo de aire a
contracorriente, o sea, en dirección opuesta a la del alimento; a fin de que el aire más
frío haga contacto con el producto ya congelado que esta a punto de salir del túnel o la
columna.
De esta manera la congelación es progresiva evitando la descongelación
parcial.
Congeladores de aire forzado o túneles de congelación.
Túnel de congelación
El producto pasa a través de un chorro de aire por convección forzada, este aire
se encuentra a unos -30 ºC y circula a unos 5-6 m/s. Con esta velocidad se reduce el
grosor de la capa límite y aumenta el coeficiente de transmisión del calor. Nos
interesará una velocidad alta. Hay alimentos sensibles que se pueden dañar.
Estos sistemas se pueden emplear para trabajar en continuo o discontinuo.
En continuo existen vagonetas o cintas sinfín apiladas que transportan el
producto a través de un túnel aislante donde se produce la congelación. También
hay túneles de múltiples etapas en los que el alimento va cayendo de cinta en
cinta evitando aglomeraciones y consigue disminuir progresivamente el grosor
de la capa límite. En general, el número de etapas es impar para que entre por
uno de los lados y salga por el otro.
En discontinuo, los alimentos se disponen de tal manera que ocupen bien el
espacio (en armarios o bandejas apiladas, hay que intentar que al congelar estén
llenos para evitar que el aire circule por los huecos, se pierde energía, y para que
las condiciones de congelación sean las mismas en toda la partida que se está
congelando.
Son más compactos que los de cajón, lo que supone un ahorro de espacio de
aproximadamente del 20 % y una reducción de las pérdidas caloríficas del 30 %.
El tratamiento es más homogéneo, son equipos relativamente más baratos
aunque tienen mayor precio. Son equipos muy adaptables a diversos procesos.
Existe peligro para los alimentos que no vayan envasados ya que el aire frío
puede producir quemaduras y oxidaciones; el aire frío roba humedad del alimento lo
que produce una pérdida de peso y el agua pasa al evaporador del sistema congelándose
y formando escarcha: hay que descongelar el congelador periódicamente para
eliminarla.
4.7.3.2 APARATO DE PLACAS MULTIPLES
Congeladores de Placas.
Poseen una serie de placas en horizontal o en vertical (existen las dos
posibilidades), las cuales están huecas y por donde circula el líquido refrigerador que
enfría las placas. Pueden funcionar en discontinuo o en semicontinuo (es muy difícil que
lo hagan en continuo por la misma forma de realizar la congelación).
El proceso se lleva a cabo situando encima de una serie de placas refrigeradoras
una capa de producto, después desciende, por un sistema hidráulico, el resto de placas
sobre ella realizando además una pequeña función de compresión que facilita la
transmisión del calor.
Los productos que mejor se va a adaptar a estos sistemas de congelación serán
los finos y uniformes, y los que peor los productos de forma irregular, los redondeados
y los gruesos.
Ventajas:
Son baratos en su funcionamiento, requieren poco espacio, descongelan poco el
producto, su coeficiente de transmisión del calor es mayor que el que hay con el sistema
de chorro de aire o el de cajón, es similar al del lecho fluidizado
Inconvenientes:
La inversión inicial resulta cara y no es un equipo flexible, con capacidad de
adaptarse a otros procesos, su empleo se restringe
Congelación Indirecta (empleo de placas)
Se coloca el alimento sobre placas, charolas bandas transportadoras u otras
paredes frías que son enfriadas mediante un refrigerante circulante, de manera que el
alimento esté en contacto con la pared fría pero solo en contacto in directo con el
refrigerante.
Se pueden hacer uso de 2 placas y además que estas ejerzan presión.
Se emplea para paquetes de productos sólidos compactos como la carne, o los
filetes de pescado o paquetes de camarones u hortalizas. Los congeladores por
contacto indirecto para alimentos líquidos y purés son distintos tienen forma de
intercambiador de calor tubular con refrigerante, en donde el alimento líquido se
bombea por el tubo interior con su eje rotatorio; el alimento impulsado entra en
contacto con la pared fría.
Las cuchillas raspadores sujetas al eje giran con este, raspando
continuamente la pared fría a la que el alimento congelado tiende a adherirse. La
congelación es instantánea sucediendo en segundos.
4.7.3.3 congelador de lecho fluidizado
Congelador de aire forzado y lecho
El Congelador de aire forzado y lecho fluidizado de Armfield combina estos dos
importantes procesos industriales en una sola cámara frigorífica a escala reducida.
Descripción del Equipo
Las secciones de congelador de aire forzado y lecho fluidizado están alojadas,
junto con el ventilador y el evaporador, dentro de una cámara aislada. Las puertas de
acceso a ambas secciones llevan incorporadas ventanas de observación y perímetros
eléctricamente calentados para evitar que las puertas se congelen cuando están cerradas.
Dentro de la cámara, un ventilador con impulsor ajustable transporta aire desde el
interior de la cámara a los conductos del congelador y a través del banco de tubos del
evaporador, donde transfiere calor al refrigerante. El aire, ahora con temperatura
reducida, pasa a través de la sección de bandejas, que puede ser observada a través de
un panel de metacrilato retirable. Luego cambia de dirección y pasa verticalmente por la
sección de lecho fluidizado, vuelve a la cámara y es circulado de nuevo por el
ventilador. La sección de congelador de aire forzado contiene 5 bandejas sobre las
cuales se colocan las muestras de alimento a congelar.
Está equipado para pasar cables de sensor de termopar a los conductos y a través
de la pared de la cámara, con objeto de poder monitorizar desde fuera la temperatura y
la velocidad de la congelación. También es posible insertar un anemómetro adecuado en
los conductos para medir la velocidad del aire.
El compresor que suministra el refrigerante al evaporador está ubicado
externamente en el mismo bastidor que la cámara, al igual que el sistema de control. El
caudal del aire es variado desde fuera mediante un sistema de control de tiro, y la
temperatura del aire es establecida usando un controlador basado en microprocesador.
Diseño de un Congelador de Lecho Fluidizado
Este método establecido por De Michelis y Calvelo (1985), considera que el
tiempo de residencia de las partículas en el congelador de lecho fluidizado es por lo
menos igual al tiempo de congelación de la partícula.
El congelador tiene una longitud de correa L (m) y ancho W (m) con una
alimentación másica F (kg/s), el producto tiene una temperatura iniciar Ti (°C) y el
fluido gaseoso enfriado tiene una temperatura Tf (°C).
El tiempo de congelación es estimado por el modelo de Nagaoka (Nagaoka et
al., 1955) (Castro, 1986)• en que:
Te: Temperatura que comienza la congelación (°C)
: Cambio de entalpía del producto desde Ti a Tr (J/kg)
Tr: temperatura final del producto congelado (°C)
: Densidad del alimento (kg/m3)
Dp: Diámetro de la partícula (m)
h : Coeficiente de transferencia de calor a la partícula (W/m2 °C)
: Conductividad térmica de la partícula congelada (W/rn °C)
El cambio de entalpía puede calcularse por medio de:
En que:
Cps: Calor específico de la partícula no congelada (J/kg C)
Cpe: Calor específico de la partícula congelada (J/W C)
Yo: Contenido de agua de la partícula en base húmeda
: Calor de solidificación del agua (J/1-g)
W: Fracción de hielo a la temperatura Tr
El se puede calcular a partir de los gráficos entalpía versus humedad o las tablas
correspondientes (Castro, 1986).
Congeladores de lecho fluidizado
El sistema se basa en un flujo de aire frío, que congela las partículas de alimento
en forma individual rápidamente (individually quick freezing – IQF). Esto permite su
flujo libre y facilidad en el manipuleo y reempaque. Es adecuado para alimentos de
tamaño pequeño y uniforme. La velocidad del gas frío, debe ser tal que permita la
fluidización de las partículas, sin que escapen del sistema.
4.7.3.4 Congeladoras por Inmersión: nitrógeno, liquido y nieve de dióxido de
carbono.
Congeladores Criogénicos
Los fluidos utilizados son el nitrógeno o el dióxido de carbono líquidos.
Nitrógeno: los sistemas más modernos preenfrían el producto con nitrógeno gaseoso, y
en la sección final del equipo, realizan la inyección del spray. Los más utilizados son los
equipos de cinta continua. Al tomar el calor del alimento el nitrógeno se evapora, y el
gas formado se utiliza para preenfriar los productos antes de su congelado; para que el
gradiente de temperatura formado no sea tan grande y brusco. Puede provocar
agrietamientos, ya que se forma una coraza superficial de cristales muy pequeños, y
cuando ocurre el aumento de volumen por el congelamiento del agua que se encuentra
en el centro, se generan fuerzas internas en el producto que superan la resistencia del
material congelado en la superficie.
Dióxido de Carbono: se puede utilizar sólido, pero se hace difícil el contacto uniforme
con el alimento, aunque puede solucionarse usando el sólido dividido.
Lo usual es emplearlo como líquido. Se almacena en recipientes aislados, presurizados y
refrigerados para prevenir pérdidas. Cuando se descarga a la presión atmosférica, se
solidifica y cae como una nieve. La dosificación es realizada mediante boquillas que
aseguran la circulación del gas frío entre los alimentos. La temperatura del sistema y la
velocidad de inyección son controladas por una válvula solenoide. En general se utiliza
a una temperatura de –68 ºC, para asegurar que el gas no arrastrará nieve. Los sistemas
de congelación pueden ser gabinetes de operación discontinua, túneles lineales o en
espiral. El CO2, también se usa para transporte refrigerado.
Comparando: 0.82 kg de nitrógeno proporciona la misma capacidad refrigerante que 1
kg de CO. El tiempo de congelación con el nitrógeno líquido es menor que con el CO2.
Mediante la utilización con fluidos criogénicos se alcanzan velocidades entre 10 y 100
cm/hr (congelación ultra rápida
Congelador por inmersión
En éste tipo de instalación, el producto es sumergido en el líquido refrigerante,
por lo que el tiempo de congelación es sumamente corto. Ocupa poco espacio en
función de su gran capacidad de producción. Es indicado para productos de tamaño
pequeño.
Ventajas de la Congelación Criogénica:
La instalación ocupa poco espacio
Manejo sencillo
Baja inversión
Adaptable a cualquier línea de producción
